BR112015002592B1

BR112015002592B1 - processo para dessalinização de água, aparelho para realização do mesmo e uso do aparelho

Info

Publication number: BR112015002592B1
Application number: BR112015002592-7A
Authority: BR
Inventors: Severine Dette; Mansour M.M. Ahmad; Manfred Stepanski
Original assignee: Sulzer Management Ag
Priority date: 2012-08-08
Filing date: 2013-02-13
Publication date: 2021-05-04
Also published as: CN104854037A; CN110015716A; WO2014023438A1; IN2015DN00652A; ZA201500607B; RU2015107836A; CY1120182T1; RU2623256C2; EP2861536A1; EP2861536B1; AU2013301826A1; ES2667050T3; BR112015002592A2; US20150203373A1; PT2861536T; US9688548B2; AU2013301826B2

Abstract

APARELHO E PROCESSO PARA DESSALINIZAÇÃO DE ÁGUA. A presente invenção refere-se à divulgação de um processo para dessalinização de água. O processo compreende as etapas de passagem de uma corrente de alimentação de solução salina 2' em uma primeira etapa de dessalinização através de uma usina de dessalinização por membrana para osmose reversa 3', compreendendo pelo menos uma unidade de dessalinização por osmose reversa 4 para formar uma primeira corrente de água produto 5', tendo uma concentração de sal reduzida em relação àquela da corrente de alimentação de solução salina 2' e uma primeira corrente de subproduto 6' tendo uma concentração de sal aumentada em relação àquela da corrente de alimentação de solução salina 2', a primeira corrente de subproduto 6' sendo passada em uma segunda etapa de dessalinização através de uma unidade de cristalização de suspensão 7 para formar uma se- gunda corrente de produto 8, tendo uma concentração de sal reduzida em relação àquela da primeira corrente de subproduto 6' e uma se- gunda corrente de subproduto 9, tendo uma concentração de sal aumentada em relação da primeira corrente de subproduto 6'. A invenção ainda se refere a um aparelho 1 para realização do referido processo. A invenção ainda se refere também ao uso do processo ou aparelho 1 para a redução (...).

Description

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO

[0001] A presente invenção refere-se a um processo para dessalinização de solução salina. A presente invenção também se refere a um aparelho para realização desse processo e o uso do referido processo ou aparelho para a redução do volume do subproduto da solução salina concentrada de uma usina de dessalinização por membrana para osmose reversa ou em um dispositivo ou usina ou processo para a produção de água dessalinizada, para produção de sal, para coprodução de energia e água dessalinizada ou para condicionamento de ar.

[0002] No presente pedido, o termo “solução salina” se refere a qualquer solução aquosa contendo pelo menos um sal dissolvido e o termo “primeira corrente de subproduto” refere-se a um subproduto de solução salina concentrada, obtido de uma usina de dessalinização por membrana para osmose reversa (RO). Outros exemplos de soluções salinas concentradas incluem água do mar, água salobra ou água de mineração. É notado que a corrente de alimentação de solução salina e a primeira corrente de subproduto de uma usina de dessalinização por membrana para RO, bem como os outros exemplos de soluções salinas concentradas, todos contêm pelo menos um sal inorgânico dissolvido, tipicamente, NaCl.

[0003] Água fresca é requerida para consumo de água público e doméstico, na agricultura para irrigação e pecuária e industrialmente para uma variedade de processos. No presente pedido, o termo “água fresca”, de um modo geral, se refere à água tendo baias concentrações de sais dissolvidos e outros sólidos totais dissolvidos e exclui, especificamente, água do mar e água salobra. Em uma modalidade, “água fresca” se refere à água contendo menos de 3.000, de preferência, menos de 1.000, mais preferivelmente, menos de 500 ppm de sais dissolvidos. A água potável é um exemplo de água fresca. Devido a uma falta de distribuição uniforme de suprimentos de água fresca, é necessário, em muitas regiões, obter água fresca através da dessalinização de uma solução salina, por exemplo, do mar. No presente pedido, o termo “primeira corrente de água de produto” se refere à água fresca obtida pelo processo, aparelho ou uso da invenção.

[0004] A osmose reversa (RO) é a tecnologia mais difundida para a dessalinização de água, e um aparelho e um método de dessalinização por osmose inversa são divulgados, por exemplo, no documento US 4.115.274 ou US 4.125.463. É um processo de separação por membrana em que água é recuperada de uma solução salina através da pressurização da solução além de sua pressão osmótica e, essencialmente, usando a membrana para filtrar os íons de sal da solução pressurizada e permitir que apenas a água passe. O consumo de energia principal na tecnologia da RO resulta da pressurização da solução salina. Consumo de energia relativamente baixo com a tecnologia da RO pode ser obtido, vantajosamente, quando as perdas de energia resultantes do alívio de pressão da solução salina concentrada são minimizadas pelo uso de dispositivos para recuperar a energia mecânica compressiva da corrente de solução salina concentrada descarregada (primeira corrente de subproduto). A tecnologia de RO é a tecnologia comercial mais difundida para dessalinização devido a sua economia favorável grandemente resultante de consumo de energia relativamente favorável.

[0005] Não obstante, a tecnologia da RO tem suas desvantagens. Uma vez que a pressão requerida para recuperar água fresca adicional aumenta à medida que a solução salina ou corrente de salmoura é concentrada, a taxa de recuperação de água de sistemas de RO tende a ser baixa. Uma outra grande desvantagem relacionada é, então, o custo e o impacto ambiental de descarte das correntes de grande volume de subproduto de solução salina concentrada (primeiras correntes de subprodutos) da usina de RO, particularmente para usinas em terra. Por exemplo, o subproduto de solução salina frequentemente, é descarregado no mar ou na água de superfície em terra ou injetado em poços profundos. Essas práticas não são ambientalmente amigáveis e, assim, não são mais aceitáveis. Portanto, seria desejável ter um processo e um aparelho para aumentar o volume de água fresca recuperada, reduzindo o volume da primeira corrente de subproduto (solução salina concentrada) de usinas de RO e sem induzir danos adicionais ao ambiente.

[0006] Métodos de concentração termicamente baseados para reduzir o volume de primeiras correntes de subprodutos são conhecidos, tais como o método de evaporação rápida, divulgado em US 4.083.781, o método de evaporação forçada, divulgado em US 4.434.057 e o método de evaporação de calor de combustão de US 5.695.643. Esses métodos de concentração termicamente baseados têm a desvantagem de ser intensivos em energia e, assim, caros. Além disso, são suscetíveis à formação de calcário e seus problemas térmicos e mecânicos associados. Alternativamente, as primeiras correntes de subprodutos podem ser concentradas por lagoas solares tendo baixos custos de energia, mas esse método térmico requer grandes quantidades de terra e luz solar direta e sofre de baixa produtividade e manutenção cara e consumidora de tempo. Além disso, métodos térmicos solares não são aplicáveis a todas as regiões e/ ou climas pelo fato de que a presença de poeira pode bloquear a luz do sol e/ ou a área de superfície para evaporação, assim, aumentando o tempo requerido para evaporação. Além disso, a água evaporada é perdida para o ambiente no caso de uma lagoa e não está disponível, então, como um abastecimento de água potável. Finalmente, compostos tóxicos, tais como compostos baseados em enxofre podem evaporar e ser transferidos para o ambiente, resultando em questões de EHS.

[0007] Métodos de eletrodiálise também são conhecidos para tratamento das primeiras correntes de subprodutos de sistemas de RO. Por exemplo, um sistema integrado de RO e eletrodiálise é conhecido de EP 2 070 583 A2 e o método da US 6.030.535 usa uma combinação de unidade de eletrodiálise e evaporador para tratar a corrente de subproduto de solução salina concentrada de um sistema de RO. Métodos de eletrodiálise sofrem a desvantagem de serem sensíveis à incrustação e à descamação da membrana e também requerem grandes quantidades de corrente contínua e seus campos elétricos são capazes apenas de remover componentes iônicos. Em conclusão, seria desejável ter um processo e um aparelho para reduzir o volume de correntes de subprodutos de solução salina concentrada de sistemas de RO, que têm exigências reduzidas de energia, sem requerer grandes infraestruturas e sem ser suscetível à incrustação da membrana e tendo suscetibilidade reduzida à descamação.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

[0008] Começando desse estado da técnica, é um objetivo da invenção proporcionar um processo para reduzir o volume de primeiras correntes de subprodutos de usinas de RO. Outros objetivos da invenção incluem o fornecimento de um aparelho adequado para uso no referido processo e o uso do referido processo ou aparelho para a redução do volume da primeira corrente de subproduto de uma usina de dessalinização por membrana para osmose reversa ou em um dispositivo ou usina ou processo para a produção de água dessalinizada, para produção de sal, para coprodução de energia e água dessalinizada ou para condicionamento de ar.

[0009] De acordo com a invenção, esses objetivos são alcançados por um processo para dessalinização de água, o referido processo compreendendo as etapas de: (i) passagem de uma corrente de alimentação de solução salina em uma primeira etapa de dessalinização através de uma usina de dessalinização por membrana para osmose reversa compreendendo pelo menos uma unidade de dessalinização para osmose reversa a fim de formar uma primeira corrente de água de produto, tendo uma concentração de sal reduzida em relação àquela da corrente de alimentação de solução salina e uma primeira corrente de subproduto tendo uma concentração de sal aumentada em relação àquela da corrente de alimentação da solução salina, em que (ii) a primeira corrente de subproduto é passada em uma segunda etapa de dessalinização através de uma unidade de cristalização de suspensão para forma uma segunda corrente de água de produto tendo uma concentração de sal reduzida em relação àquela da primeira corrente de subproduto e uma segunda corrente de subproduto tendo uma concentração de sal aumentada em relação àquela da primeira corrente de subproduto.

[0010] De acordo com a invenção, esses outros objetivos são alcançados, em primeiro lugar, por um aparelho compreendendo: uma usina de dessalinização por membrana para osmose reversa (RO) compreendendo pelo menos uma unidade de dessalinização para osmose reversa, tendo uma entrada para uma corrente de alimentação de solução salina, uma saída para uma primeira corrente de água de produto, uma saída para uma primeira corrente de subproduto, em que a saída para a primeira corrente de subproduto está em conexão de fluido com uma entrada de uma unidade de cristalização de suspensão, tendo uma saída para uma segunda corrente de água de produto e uma saída para uma segunda corrente de subproduto. O referido aparelho é usado de acordo com a invenção para a redução do volume da primeira corrente de subproduto de uma usina de dessalinização por membrana para osmose reversa, de preferência, uma unidade de dessalinização em terra, ou e um dispositivo ou usina ou processo para produção de água dessalinizada, para a produção de sal, para coprodução de energia e água dessalinizada ou para condicionamento de ar.

[0011] A presente invenção alcança esses objetivos e proporciona uma solução para esse problema por meio de passagem da primeira corrente de subproduto em uma segunda etapa de dessalinização através de uma unidade de cristalização de suspensão para formar uma segunda corrente de água de produto, tendo uma concentração de sal reduzida em relação àquela da primeira corrente de subproduto e uma segunda corrente de subproduto tendo uma concentração de sal aumentada em relação àquela da primeira corrente de subproduto. Como um resultado, a primeira corrente de subproduto de uma usina de dessalinização por membrana de RO, tendo uma concentração de sal relativamente alta, é prontamente concentrada pela cristalização de suspensão para dar um volume reduzido de solução de alta salinidade (salmoura concentrada residual) como a segunda corrente de subproduto e uma segunda corrente de água de produto tendo uma concentração de sal reduzida e, desse modo, adequada paras reciclagem ou outras aplicações. Portanto, o volume residual global é reduzido, significativamente.

[0012] Além disso, a segunda corrente de água de produto pode ser, vantajosamente, de qualidade de água potável para aumentar a produtividade do processo. Alternativamente, a segunda corrente de água de produto pode ser alimentada, vantajosamente, à corrente de alimentação da solução salina para a usina de dessalinização por membrana de RO, a fim de reduzir sua dureza e, assim, o risco de formação de incrustações.

[0013] A nova concentração da primeira corrente de subproduto da usina de dessalinização por membrana de RO pelo método da presente invenção permite, então, a pronta redução no volume de correntes residuais altamente salinas e aperfeiçoamento na produtividade do processo de dessalinização global. Por exemplo, o uso da presente invenção permite uma redução no volume das correntes altamente salinas (resíduo) em mais de 80% e o pequeno volume restante de resíduo de solução salina altamente concentrada (segunda ou terceira correntes de subprodutos) pode, então, ser prontamente tratado através de meios convencionais, tais como evaporação.

[0014] Esses resultados são, então, surpreendentemente alcançados sem a necessidade de altos consumos de energia, ou grandes infraestruturas e com risco reduzido de incrustações.

[0015] Em modalidades particularmente preferidas do processo e do aparelho da invenção, a unidade de cristalização de suspensão é uma unidade de cristalização de múltiplos estágios de contracorrente, por exemplo, como divulgado em US 6.719.954 B2.

[0016] Em uma modalidade preferida, o processo compreende a etapa adicional, em que a segunda corrente de subproduto da unidade de cristalização de suspensão é passada em uma terceira etapa de dessalinização através de uma unidade de cristalização estática ou através da mesma ou de uma segunda unidade de cristalização de suspensão para formar uma terceira corrente de água de produto tendo uma concentração de sal reduzida em relação àquela da segunda corrente de subproduto e uma terceira corrente de subproduto tendo uma concentração de sal aumentada em relação àquela da segunda corrente de subproduto. . Essa etapa adicional ainda reduz o volume da primeira corrente de subproduto e aumenta a produtividade do processo e a terceira corrente de água de produto pode ser reciclada, vantajosamente por alimentação na primeira corrente de subproduto em uma modalidade particularmente preferida ou na usina de dessalinização por membrana de RO a fim de reduzir os custos operacionais.

[0017] Igualmente, uma modalidade preferida do aparelho, adicionalmente, compreende uma unidade de cristalização estática ou segunda unidade de cristalização de suspensão, tendo uma entrada em comunicação de fluido com a saída para uma segunda corrente de subproduto da unidade de cristalização de suspensão e saídas para uma terceira corrente de água de produto e uma terceira corrente de subproduto, a fim de obter os benefícios previamente discutidos da modalidade de processo associada. Similarmente, a saída para uma terceira corrente de água de produto pode, vantajosamente, estar em comunicação de fluido com a primeira corrente de subproduto.

[0018] De acordo com outra modalidade do processo, a concentração de sal da primeira corrente de subproduto fica entre cerca de 3 a cerca de 7% em peso, de preferência, entre cerca de 3,5 a cerca de 7, mais preferivelmente, entre cerca de 5 a cerca de 7, mais preferivelmente, entre cerca de 6 a cerca 7. A alimentação da unidade de cristalização de suspensão com uma corrente tendo essas concentrações de sal assegura que a unidade produz uma segunda corrente de água de produto de qualidade suficientemente boa, isto é, para ser usada como água potável ou para aplicações industriais, tais como resfriamento, ao mesmo tempo em que minimiza, simultaneamente, o volume relativo da segunda corrente de subproduto (resíduo de solução salina concentrada).

[0019] Ainda em outra modalidade preferida do processo, a primeira corrente de subproduto é cristalizada na unidade de cristalização de suspensão em uma temperatura entre cerca de - 1 a cerca de -4° C, de preferência, cerca de -1,5 a cerca de -4, mais preferivelmente, cerca de -2 a cerca de -4, mais preferivelmente, cerca de - 3 a cerca de -4. Ainda em outra modalidade preferida do processo tendo uma terceira etapa de dessalinização, a segunda corrente de subproduto é cristalizada em uma temperatura entre cerca e -4 a cerca de -13, de preferência, cerca de -6 a cerca de -10, mais preferivelmente, cerca de -7,5 a cerca de - 8,5. A redução da temperatura de cristalização aumenta o volume relativo da segunda ou terceira corrente de água de produto. Por outro lado, uma temperatura baixa demais se torna contraprodutiva pelo fato de que a qualidade da segunda corrente de água de produto deteriora à medida que o desempenho da separação da unidade de cristalização de suspensão diminui. Não obstante, foi verificado que a qualidade da segunda corrente de água de produto permanece boa o bastante que pode ser da qualidade de água potável ou reciclada como uma corrente de alimentação de solução salina em uma usina de dessalinização por membrana de RO ou a terceira corrente de água de produto pode ser ainda de qualidade suficiente para ser alimentada de volta para a primeira corrente de subproduto e, assim, dessalinizada na unidade de cristalização de suspensão. Contudo, em temperaturas mais baixas há um risco maior de formação de cristais de sal e precipitados de carbonato e sulfato. Portanto, foi verificado, surpreendentemente, que faixas de temperatura previamente mencionadas oferecem o melhor compromisso entre esses vários fatores de competição na determinação das temperaturas operacionais preferidas.

[0020] Ainda em outra modalidade preferida do processo, a primeira corrente de subproduto é passada através de um trocador de calor, assim, reduzindo sua temperatura antes da passagem através da unidade de cristalização de suspensão. A redução da temperatura da corrente antes de entrar na unidade reduz o tempo e a transferência de calor requeridos na unidade antes que o processo de cristalização possa começar.

[0021] Igualmente, outra modalidade preferida do aparelho compreende, adicionalmente, um trocador de calor tendo uma entrada e uma saída, em que a entrada do trocador de calor está em comunicação de fluido com a saída para a primeira corrente de subproduto e a saída do trocador de calor está em comunicação de fluido com a entrada da unidade de cristalização de suspensão.

[0022] Ainda em outra modalidade preferida do processo, a temperatura da primeira corrente de subproduto é reduzida antes de entrar na unidade de cristalização de suspensão, de preferência, até uma temperatura entre cerca de 2 a cerca de 20 °C, mais preferivelmente, cerca de 2 a cerca de 10, mais preferivelmente, cerca de 2 a cerca de 5. Foi verificado, surpreendentemente, que a redução da temperatura a essas faixas proporciona o benefício ótimo no aumento da produtividade e redução do tempo de processamento.

[0023] Ainda em outra modalidade preferida do processo, a concentração de sal da segunda corrente de subproduto fica entre cerca de 8 a cerca de 18% em peso, de preferência, entre cerca de 10 a cerca de 15, mais preferivelmente, entre cerca de 12 a cerca de 13. A manutenção de uma concentração de sal nessas faixas permite ao processo operar com um nível ótimo de recuperação de água.

[0024] Em uma modalidade preferida do processo tendo uma terceira etapa de dessalinização na mesma ou em uma segunda unidade de cristalização, a segunda corrente de subproduto é passada através de um segundo trocador de calor, assim, reduzindo sua temperatura antes da passagem através da mesma ou da segunda unidade de cristalização de suspensão de modo a aperfeiçoar a produtividade e reduzir o tempo de processamento. Em outra modalidade preferida do processo, tendo uma terceira etapa de dessalinização, a temperatura da segunda corrente de subproduto é reduzida antes e entrar na mesma ou em uma segunda unidade de cristalização de suspensão, de preferência, em uma temperatura entre cerca de 2 a cerca de 20° C, mais preferivelmente,, cerca de 2 a cerca de 10, mais preferivelmente, cerca de 2 a cerca de 5. Similarmente, em outra modalidade preferida do processo, tendo uma terceira etapa de dessalinização, a segunda corrente de subproduto é cristalizada em uma temperatura entre cerca de -a a cerca de -13° C, de preferência, cerca de -6 a cerca de -10, mais preferivelmente, cerca de -7,5 a cerca de -8,5. Essas faixas de temperatura para a redução de temperatura da corrente e sua cristalização subsequente torna possível obter o benefício máximo com produtividade e tempo de processamento aperfeiçoados.

[0025] Igualmente, em uma modalidade preferida do aparelho, tendo uma segunda unidade de cristalização de suspensão compreende um segundo trocador de calor instalado em linha entre a saída para a segunda corrente de subproduto da unidade de cristalização de suspensão e a entrada da segunda unidade de cristalização de suspensão e tendo uma entrada e uma saída, onde a entrada do segundo trocador de calor está em comunicação de fluido com a saída da unidade de cristalização de suspensão e a saída do segundo trocador de calor está em comunicação de fluido com a entrada da segunda unidade de cristalização de suspensão a fim de obter os benefícios previamente discutidos das modalidades de processo associadas.

[0026] Alguém versado na técnica compreenderá que a combinação das matérias em questão das várias reivindicações e modalidades da invenção é possível, sem limitação na invenção até o ponto em que essas combinações são tecnicamente possíveis. Nesta combinação, a matéria em questão de qualquer uma das reivindicações pode ser combinada com a matéria em questão de uma ou mais das outras reivindicações. Nessa combinação de matérias, a matéria em questão de acordo com qualquer uma dessas reivindicações de método pode ser combinada com a matéria em questão de qualquer uma ou mais outras reivindicações ou a matéria em questão de uma ou mais reivindicações de aparelho ou a matéria em questão de um mistura de uma ou mais reivindicações de métodos e reivindicações de aparelho. Através de analogia, a matéria em questão de qualquer reivindicação de aparelho pode ser combinada com a matéria em questão de uma ou mais outras reivindicações de aparelho ou a matéria em questão de uma ou mais reivindicações de método ou a matéria em questão de uma mistura de uma ou mais reivindicações de método e reivindicações de aparelho. A guisa de exemplo, a matéria em questão, de acordo com a reivindicação 1, pode ser combinada com a matéria de qualquer uma das cinco reivindicações de 11 a 15. Em uma modalidade, a matéria em questão da reivindicação 11 é combinada com a matéria em questão de qualquer uma das reivindicações de 1 a 10. Em uma modalidade específica, a matéria em questão da reivindicação 12 é combinada com a matéria em questão da reivindicação 2. Em outra modalidade específica, a matéria em questão da reivindicação 3 é combinada com a matéria em questão da reivindicação 12. À guisa de outro exemplo, a matéria em questão da reivindicação 1 também pode ser combinada com a matéria em questão de quaisquer duas das reivindicações de 2 a 15. Em uma modalidade específica, a matéria em questão da reivindicação 1 é combinada com a matéria em questão das reivindicações 2 e 12. Em outra modalidade específica, a matéria em questão da reivindicação 11 é combinada com a matéria em questão das reivindicações 1 e 4. À guisa de exemplo, a matéria em questão da reivindicação 1 é combinada com a matéria em questão das reivindicações de 2 , 9 e 12. Em outra modalidade específica, a matéria em questão da reivindicação 12 é combinada com a matéria em questão das reivindicações 2, 3 e 5. Em outra modalidade específica, a matéria em questão da reivindicação 1 é combinada com a matéria em questão das reivindicações 2 a 10. Em outra modalidade específica, a matéria em questão da reivindicação 11 é combinada com a matéria em questão das reivindicações de 12 a 15. À guisa de exemplo, a matéria em questão de qualquer uma das reivindicações pode ser combinada com as matérias em questão de qualquer número das outras reivindicações, sem limitação ao ponto em que essas combinações sejam tecnicamente possíveis.

[0027] Alguém versado na técnica compreenderá que a combinação das matérias em questão das várias modalidades da invenção é possível, sem limitação na invenção. Por exemplo, a matéria em questão de uma das modalidades preferidas mencionadas acima, pode ser combinada com a matéria em questão de uma ou mais das outras modalidades preferidas mencionadas acima, sem limitação. À guisa de exemplo, de acordo com uma modalidade particularmente preferida do processo, a concentração de sal da primeira corrente de subproduto fica entre cerca de 3 a cerca de 7% em peso, de preferência, entre cerca de 3,5 a cerca de 7, mais preferivelmente, entre cerca de 5 a cerca de 7, mais preferivelmente, entre cerca de 6 a cerca de 7 e a concentração de sal da segunda corrente de subproduto fica entre cerca de 8 a cerca de 18% em peso, de preferência, entre cerca de 10 a cerca de 15, mais preferivelmente, entre cerca de 12 a cerca de 13. À guisa de outro exemplo, de acordo com outra modalidade particularmente preferida, o processo compreende as etapas adicionais em que a segunda corrente de subproduto é passada, em uma terceira etapa de dessalinização, através de uma segunda unidade de cristalização de suspensão e as primeira e segunda correntes de subproduto são passadas através de trocadores de calor, antes de sua passagem através das unidades de cristalização de suspensão. À guisa de outro exemplo, de acordo com outra modalidade particularmente preferida, o aparelho compreende uma segunda unidade de cristalização de suspensão e um trocador de calor instalado em linha entre a saída da unidade de cristalização de suspensão para a segunda corrente de subproduto e a entrada da segunda unidade de cristalização de suspensão e tendo uma entrada e uma saída, onde a entrada do trocador de calor está em comunicação de fluido com a entrada da segunda unidade de cristalização de suspensão e onde a saída da segunda unidade de cristalização de suspensão para uma terceira corrente de água de produto está em comunicação de fluido com a primeira corrente de subproduto.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[0028] A invenção será explicada em mais detalhes daqui em diante com referência às várias modalidades da invenção, bem como aos desenhos. Uma aspa simples (‘) após um número de referência é usada para indicar aquelas características da técnica anterior. Os desenhos esquemáticos mostram:

[0029] A Figura 1 mostra uma vista esquemática de uma modalidade do processo para dessalinização de água de acordo com a invenção, tendo uma primeira e uma segunda etapas de dessalinização.

[0030] A Figura 2 mostra uma vista esquemática de uma modalidade preferida de um processo para dessalinização de água de acordo com a invenção, em que uma terceira etapa de dessalinização ocorre em uma unidade de cristalização estática.

[0031] A Figura 3 mostra uma vista esquemática de uma modalidade preferida de um processo para dessalinização de água de acordo com a invenção, em que uma terceira etapa de dessalinização ocorre em uma segunda unidade de cristalização de suspensão.

[0032] A Figura 4 mostra uma vista esquemática de uma modalidade de um aparelho de acordo com a invenção para realização de um processo para dessalinização de água de acordo com a invenção, tendo uma primeira e uma segunda etapas de dessalinização.

[0033] A Figura 5 mostra uma vista esquemática de uma modalidade preferida de um aparelho para realização de um processo para dessalinização de água, de acordo com a invenção, em que uma terceira etapa de dessalinização ocorre em uma unidade de cristalização estática.

[0034] A Figura 6 mostra uma vista esquemática de uma modalidade preferida de um aparelho para realização de um processo para dessalinização de água, de acordo com a invenção, em que uma terceira etapa de dessalinização ocorre em uma unidade de cristalização estática.

[0035] A Figura 7 mostra um diagrama de fluxo de processo (PFD) de uma modalidade de uma unidade de cristalização de suspensão típica.

[0036] A Figura 8 mostra um diagrama de fluxo de processo (PFD) de uma modalidade de um aparelho de cristalização de contracorrente de múltiplos estágios.

[0037] A Figura 9 mostra a recuperação de água versus a temperatura do resíduo obtida em exemplos de acordo com a invenção para três concentrações de sal da primeira corrente de subproduto.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO

[0038] A Figura 1 mostra uma vista esquemática de um processo de acordo com a invenção, que, como um todo, é rotulado com o número de referência 100. O processo 100 compreende uma primeira etapa de dessalinização, que é rotulada como 110’; e uma segunda etapa de dessalinização, que é rotulada como 120. Na primeira etapa de dessalinização 110’, uma corrente de alimentação de solução salina 2’ é passada através de uma usina de dessalinização por membrana para osmose reversa 3’, em que a usina 3’ compreende pelo menos uma unidade de dessalinização para osmose reversa 4’, para formar uma primeira corrente de água de produto 5’ , tendo uma concentração de sal reduzida em relação àquela da corrente de alimentação de solução salina 2’ e uma primeira corrente de subproduto 6’, tendo uma concentração de sal aumentada em relação àquela da corrente de alimentação da solução salina 2’. Na segunda etapa de dessalinização 120, a primeira corrente de subproduto 6’ é passada através de uma unidade de cristalização de suspensão 7 para formar uma segunda corrente de água de produto 8, tendo uma concentração de sal reduzida em relação àquela da primeira corrente de subproduto 6’ e uma segunda corrente de subproduto 9, tendo uma concentração de sal aumentada em relação àquela da primeira corrente de subproduto 6’ .

[0039] Conforme mostrado na Figura 1, bem como nas Figuras 2 a 6, a primeira corrente de subproduto 6’ da unidade de dessalinização para osmose reversa 4’ é alimentada diretamente à unidade de cristalização de película que cai 7, sem passar através de qualquer dispositivos concentradores ou evaporadores intermediários, tais como uma unidade mecânica de compressão de vapor, tais como uma unidade mecânica de compressão de vapor ou um evaporador térmico ou acionado a vapor. Portanto, a concentração de sal da primeira corrente de subproduto 6’ permanece relativamente inalterada após sair da unidade de dessalinização para osmose reversa 4’ até que seja alimentada, diretamente, à unidade de cristalização de película que cai 7, conforme mostrado nessas Figuras. A ausência desses dispositivos concentradores ou evaporadores intermediários tem benefícios na minimização da complexidade, do investimento e dos custos de manutenção e da área ocupada pelo aparelho e no processo para dessalinização da água.

[0040] Na especificação e nas reivindicações deste pedido, a concentração de sal da solução salina é expressão como um % em peso (sal em peso/ solução salina em peso x 100 %). Há diversos métodos bem conhecidos na técnica para medir as concentrações de sal de água e incluem Total Dissolved Solids (TDS -Sólidos Totais Dissolvidos), usualmente, junto com um balanço de massa de sal determinação gravimétrica do peso deixado após evaporação da água, com um balanço de massa de sal, determinação gravimétrica do peso deixado após evaporação da água, determinação do ponto de fusão (ou ponto de congelamento), refratometria óptica, espectrofotometria UVA/IS para detectar os componentes principais de componentes iónicos em solução (por exemplo, usando um HACH LANGE DR 5000 UV-Vis Spectrometer), a análise química levando em conta o equilíbrio de carga para íons e medidas de condutividade elétrica.

[0041] As medições de condutividade elétrica são baseadas na medição da quantidade de corrente elétrica conduzida através de um comprimento em centímetros da coluna de água de área seccional transversal unitária. A água contendo uma quantidade maior de sais dissolvidos tem uma condutividade maior. Como aqui usado, a concentração de sal em peso % é obtida pela divisão da concentração de sal em partes por milhão por 10000. A concentração de sal (C) em unidades de partes por milhão (ppm) como aqui usada é determinada por uma medição de condutividade elétrica, onde a condutividade elétrica (U) é expressa em unidades de mili-siemens por cm (mS/cm). A relação entre C em ppm e U em mS/cm é proporcionada pela seguinte equação: C =((0,0154009*(U3))-(2,67657*(U2))+(922,071*(U))-(744,133))

[0042] A Figura 2 mostra uma vista esquemática de uma modalidade preferida da invenção que é um processo 100 compreendendo uma primeira etapa de dessalinização 110’, uma segunda etapa de dessalinização 120 e uma terceira etapa de dessalinização, que ocorre em uma unidade de cristalização estática 10, que é rotulada como 130. Na terceira etapa de dessalinização 130, uma terceira corrente de água de produto 12, tendo uma concentração de sal reduzida em relação àquela da segunda corrente de subproduto 9 e uma terceira corrente de subproduto 13, tendo uma concentração de sal aumentada em relação àquela da segunda corrente de subproduto 9 são formadas. Como discutido antes, essa etapa adicional reduz, beneficamente, o volume da solução salina concentrada descarregada e aumenta a produtividade e a terceira corrente de água de produto 12 pode ser reciclada, vantajosamente, em uma modalidade através da alimentação da mesma na primeira corrente de subproduto 6’.

[0043] A Figura 3 mostra uma vista esquemática de outra modalidade preferida da invenção, que é um processo 100 compreendendo uma primeira etapa de dessalinização 110’, uma segunda etapa de dessalinização 120 e uma terceira etapa de dessalinização, que ocorre na mesma 7 ou em uma segunda unidade de cristalização de suspensão 11, que é rotulada como 135. Na terceira etapa de dessalinização 135, uma terceira corrente de água de produto 12, tendo uma concentração de sal reduzida em relação àquela da segunda corrente de subproduto 9 e uma terceira corrente de subproduto 13, tendo uma concentração de sal aumentada em relação aquela da 9 são formadas. Esta modalidade preferida tem vantagens similares àquela mostrada na Figura 2 e a terceira corrente de água de produto 12 pode ser reciclada, vantajosamente, em uma modalidade através da alimentação da mesma na primeira corrente de subproduto 6’ .

[0044] A primeira etapa de dessalinização 110’ e sua corrente de alimentação de solução salina 2’, a usina de dessalinização por membrana para osmose reversa 3’, a unidade de dessalinização para osmose reversa 4’, a primeira corrente de água de produto 5’ e a primeira corrente de subproduto 6’ são todas convencionais e bem conhecidas na técnica, por exemplo, como divulgado na US 4.125.463.

[0045] Condições de processo preferidas para a segunda etapa de dessalinização 120 são as mesmas para o processo da invenção, conforme mostrado na Figura 1 e suas modalidades preferidas mostradas na Figura 2 e na Figura 3, a menos que de outro modo especificamente indicado. As unidades de cristalização de suspensão 7 e sua operação são bem conhecidas na técnica, por exemplo, como divulgado em 6.241.954 B1. A menos que de outro modo indicado, as unidades de cristalização de suspensão 7 convencionais podem ser usadas e operadas como conhecido na técnica para a segunda etapa de dessalinização 120 e a terceira etapa de dessalinização 130.

[0046] As unidades de cristalização estática 10 e sua operação são bem conhecidas na técnica, por exemplo, conforme divulgado em Sulzer Technical Review 2/99 pp. 8 - 11, Sulzer Technical Review 1/2006 pp. 4 -6 ou US 6.145340. A menos que de outro modo indicado, uma unidade de cristalização estática 10 convencional pode ser usada e operada como conhecido na técnica para a terceira etapa de dessalinização 130.

[0047] Uma modalidade particularmente preferida de uma unidade de cristalização de suspensão 7 para uso no aparelho e no processo da invenção é uma unidade de cristalização de contracorrente de múltiplos estágios 71, por exemplo, conforme divulgado na US 6.719.954 B2. Nessa unidade 71, um estágio de cristalização de suspensão adicional ocorre dentro da mesma unidade 71. A unidade 71 tem diversas vantagens uma vez que permite que a cristalização de suspensão seja realizada em diversos estágios de concentração dentro da mesma unidade. Portanto, o uso de uma unidade de cristalização de múltiplos estágios 71 é mais econômico do que o uso de dois ou mais estágios simples em um ou mais cristalizadores de estágio único.

[0048] Em princípio, a tecnologia de dessalinização por congelamento tem muitas vantagens em relação a outros processos de dessalinização convencional para tratar soluções salinas altamente concentradas, em especial sua menor exigência de energia e problemas de formação de incrustações, descamações e corrosão reduzidos . Devido às baixas temperaturas operacionais de tecnologia de dessalinização por congelamento, nenhum material especial de construção (por exemplo, resistência à corrosão) é necessário.

[0049] As várias correntes de produto e subproduto das unidades de cristalização podem ser convenientemente controladas por meio do balanço de massa em vasos de coleta diretamente conectados à unidade de cristalização. As exigências de aquecimento e de resfriamento das unidades de cristalização variam como uma função do tempo e sistemas tampão de energia podem ser usadas, vantajosamente, a fim de minimizar as flutuações nas demandas por vapor e refrigeração. No caso de uma operação em bateladas, as correntes podem ser armazenadas em vasos tampão antes de sua passagem através de uma unidade de cristalização específica. As unidades de cristalização podem ser controladas convenientemente por um sistema de computador usando instrumentos de medição de nível e de temperatura, bem como válvulas liga/ desliga ou de controle.

[0050] Informação adicional sobre cristalizadores e sua operação é divulgada em Handbook of Industrial Crystallization, 2nd Edition, by Allan S. Myerson, published January 9, 2002 by Butterworth-Heinemann, Woburn, MA ISBN: 978-0750670128 and Crystallization Technology Handbook, 2nd Edition, edited by A. Mersmann, published 2001 by Marcel Dekker, Basel, ISBN: 0-8247-0528-9.

[0051] Em uma Modalidade, a concentração de sal da primeira corrente de subproduto 6’ está entre cerca de 3 a cerca de 7 % em peso, de preferência, entre cerca de 3,5 a cerca de 7, mais preferivelmente, entre cerca de 5 a cerca de 7, mais preferivelmente, entre cerca de 6 a cerca de 7. Conforme antes divulgado, a alimentação da unidade de cristalização de suspensão 7 com uma corrente 6’ tendo concentrações de sal tais que assegura que a unidade 7 produza uma segunda corrente de água de produto 8 de qualidade suficientemente boa, enquanto, simultaneamente, minimiza o volume da primeira corrente de subproduto 6’ e qualquer solução salina concentrada descarregada.

[0052] Em outra modalidade, a primeira corrente de subproduto 6’ é cristalizada na unidade de cristalização de suspensão 7 em uma temperatura entre cerca de -1 a cerca de -4 °C, de preferência, cerca de -1,5 a cerca de -4, mais preferivelmente, cerca de -2 a cerca de -4, mais preferivelmente, cerca de -3 a cerca de -4. Conforme antes discutido, essas oscilações de temperatura oferecem um processo ótimo em termos da qualidade e do volume da segunda corrente de água de produto 8

[0053] A temperatura da cristalização em uma unidade de cristalização específica como referido na especificação e neste pedido é expressa em graus Celsius (°C) e é medida através da medição do ponto de fusão da corrente de água de produto removida da unidade de cristalização específica.

[0054] Ainda em outra modalidade, a primeira corrente de subproduto 6’ é passada através de um trocador de calor 14, assim, reduzindo sua temperatura antes da passagem através da unidade de cristalização de suspensão 7. Conforme discutido antes, a redução da temperatura da primeira corrente de subproduto 6’ reduz o tempo e a transferência de calor requerida antes que a cristalização possa começar.

[0055] Ainda em outra modalidade, a temperatura da primeira corrente de subproduto 6’ é reduzida antes de entrar na unidade de cristalização de suspensão 7, de preferência, para uma temperatura entre cerca de 2 a cerca de 20°C, mais preferivelmente, cerca de 2 a cerca de 10, mais preferivelmente, cerca de 2 a cerca de 5. Similarmente, ainda em outra modalidade preferida, a segunda corrente de subproduto é cristalizada em uma temperatura entre cerca de -4 a cerca de -13°C, de preferência, cerca de -6 a cerca de -10, mais preferivelmente, cerca de -7,5 a cerca de -8,5. Essas faixas de temperatura para a redução de temperatura da corrente e sua cristalização subsequente tornam possível obter o benefício máximo na produtividade aperfeiçoada e no tempo de processamento reduzido.

[0056] Na especificação e nas reivindicações deste pedido, a temperatura de uma corrente de subproduto antes de entrar em uma unidade de cristalização específica é expressa em graus Celsius (°C) e é medida por um sensor de temperatura em linha, colocado imediatamente antes da entrada da unidade de cristalização específica.

[0057] Ainda em outra modalidade, a concentração de sal da segunda corrente de subproduto 9 fica entre cerca de 8 a cerca de 18% em peso, de preferência, entre cerca de 10 a cerca de 15, mais preferivelmente, entre cerca de 12 a cerca de 13. Como antes discutido, essas faixas atuam para otimizar a recuperação de água do processo.

[0058] Em modalidades do processo da invenção em que uma terceira etapa de dessalinização 135 ocorre na mesma unidade de cristalização de suspensão 7 ou uma segunda unidade de cristalização de suspensão 11, por exemplo, tal como aquela mostrada na Figura 3 em algumas outras modalidades específicas, a segunda corrente de subproduto 9 é passada através de um segundo trocador de calor, assim, reduzindo sua temperatura antes da passagem através da mesma 7 ou de uma segunda unidade de cristalização de suspensão 11. Ainda em outras modalidades específicas, a temperatura da segunda corrente de subproduto 9 é reduzida antes de entrar na segunda unidade de cristalização de suspensão 11. De preferência, as temperaturas são reduzidas a uma temperatura entre cerca de 2 a cerca de 20 °C, mais preferivelmente, cerca de 2 a cerca de 10, mais preferivelmente, cerca de 2 a cerca de 5. Similarmente, ainda em outra modalidade preferida do processo tendo uma terceira etapa de dessalinização, a segunda corrente de subproduto é cristalizada em uma temperatura entre cerca de -4 a cerca de -13 °C, de preferência, cerca de -6 a cerca de -10, mais preferivelmente, cerca de -7,5 a cerca de -8,5. Essas faixas de temperatura para a redução de temperatura da corrente e sua cristalização subsequente tornam possível obter o benefício máximo em produtividade aperfeiçoada e tempo de processamento reduzido.

[0059] Será compreendido por alguém de habilidade na técnica que o uso de temperaturas de cristalização muito baixas a fim de obter concentrações de ar mesmo mais altas da corrente de subproduto de solução salina concentrada será limitado na prática a uma concentração de sal máxima de cerca de 23% em peso devido ao ponto eutético de solução salina.

[0060] No caso daquelas modalidades tendo uma terceira etapa de dessalinização na mesma unidade de cristalização de suspensão 7, será compreendido por alguém versado na técnica que a segunda corrente de subproduto 9 pode ser armazenada, convenientemente, em um vaso tampão entre a segunda e a terceira etapa de dessalinização.

[0061] A Figura 4 mostra uma vista esquemática de um aparelho de acordo com a invenção que, como um todo, é rotulado com o número de referência 1. O aparelho 1 compreende uma usina de dessalinização por membrana para osmose reversa 3’ compreendendo pelo menos uma unidade de dessalinização para osmose reversa 4’, uma entrada 21’ para uma corrente de alimentação de solução salina 2’, uma saída 51’ para uma primeira corrente de água de produto 5’, uma saída 61’ para uma primeira corrente de subproduto 6’ , em que a saída 61’ está em conexão de fluido com uma entrada 62 de uma unidade de cristalização de suspensão 7 tendo uma saída 81 para uma segunda corrente de água de produto 8 e uma saída 91 para uma segunda corrente de subproduto 9.

[0062] A Figura 5 mostra uma vista esquemática de uma modalidade preferida da invenção que é um aparelho 1, conforme mostrado na Figura 4, mas em que o aparelho 1 compreende, adicionalmente, uma unidade de cristalização estática tendo uma entrada 92 em comunicação de fluido com a saída 91 da unidade de cristalização de suspensão 7 e uma saída 121 para uma terceira corrente de água de produto 12 e uma saída 131 para uma terceira corrente de subproduto 13.

[0063] A Figura 6 mostra uma vista esquemática de outra modalidade preferida da invenção, que é um aparelho 1, conforme mostrado na Figura 4, mas em que o aparelho 1 adicionalmente compreende um trocador de calor 14 tendo uma entrada 141 e uma saída 142, em que a entrada 141 está em comunicação de fluido com a saída 61’ e a saída 142 está em comunicação de fluido com a entrada 62 da unidade de cristalização de suspensão 7. O aparelho 1 também compreende, adicionalmente uma segunda unidade de cristalização de suspensão 11 tendo uma entrada 92 em comunicação de fluido com a saída 91 da unidade de cristalização de suspensão 7 e uma saída 121 para uma terceira corrente de água de produto 12 e uma saída 131 para terceira corrente de subproduto 13 e um segundo trocador de calor 15 instalado em linha entre a saída 91 e a entrada 92 da segunda unidade de cristalização de suspensão 11 e tendo uma entrada 151 e uma saída 152, onde a entrada 151 está em comunicação de fluido com a saída 91 e a saída 152 está em comunicação de fluido com a entrada 92 da segunda unidade de cristalização de suspensão 11.

[0064] Configurações de aparelho preferidas para a unidade de cristalização de suspensão 7 são as mesmas para o aparelho da invenção, conforme mostrado na Figura 4 e suas modalidades preferidas, mostradas na Figura 5 e na Figura 6, a menos que de outro modo especificamente indicado. Como antes discutido, a usina de dessalinização por membrana para osmose reversa 3’, a unidade de dessalinização para osmose reversa 4’, a entrada 21’ e a saída 61’ são todas convencionais e bem conhecidas na técnica, por exemplo, como divulgado em US 6.241.954 B1 e podem ser usadas e operadas convencionalmente na invenção, conforme descrito na técnica, a menos que de outro modo indicado especificamente. Como antes discutido, uma modalidade preferida de uma unidade de cristalização de suspensão 7 para uso no processo ou aparelho da invenção é uma unidade de cristalização de contracorrente de múltiplos estágios 71. As unidades de cristalização estática 11 também são conhecidas e divulgadas como divulgado em Sulzer T echnical Review 2/99 pp. 8 - 11, Sulzer Technical Review 1/2006 pp. 4 - 6, ou US 6.145.340 e elas também podem ser usadas e operadas convencionalmente na invenção, conforme descrito na técnica, a menos que de outro modo indicado especificamente.

[0065] Em algumas modalidades específicas preferidas do aparelho 1, compreendendo uma unidade de cristalização estática 10 ou uma segunda unidade de cristalização de suspensão 11 tendo uma entrada 92 em comunicação de fluido com a saída 91 da unidade de cristalização de suspensão 7 e uma saída 121 para uma terceira corrente de água de produto 12 e uma saída 131 para uma terceira corrente de subproduto 13, como as modalidades mostradas na Figura 5 ou na Figura 6, a saída 121 para uma terceira corrente de água de produto 12 está em comunicação de fluido com a primeira corrente de subproduto 6’ a fim de reciclar, vantajosamente, a corrente 12 em modalidades específicas.

[0066] Em algumas modalidades do aparelho 1, como a modalidade preferida mostrada na Figura 6, o aparelho 1, adicionalmente, compreender um trocador de calor 14 e/ ou um segundo trocador de calor 15. Como antes discutido, o uso de um trocador de calor reduz, beneficamente, o tempo e a transferência de calor requerida antes que a cristalização possa começar.

[0067] A Figura 7 mostra um fluxograma de processo de uma modalidade de uma unidade de cristalização de suspensão típica. A alimentação entra na unidade pela gravidade via o vaso de alimentação V-103, localizado no nível superior do deslizador principal. O vaso de alimentação é cheio com a bomba de alimentação P-100. O vaso E-101 combina a função de cristalizador de parede raspada (tubo interno circundado por um envoltório contendo o meio refrigerante) para a produção de cristais de gelo e a de um vaso de crescimento onde um tempo de permanência suficiente é dado aqueles cristais para crescerem até um tamanho que pode ser manipulado pela coluna de lavagem S-200.

[0068] Após a partida, o refrigerante resfria o produto enquanto a transferência de calor ocorre entre o tubo interno e o envoltório. À medida que o refrigerante absorve o calor da pasta há um grau de sub- resfriamento (temperatura de líquido abaixo da temperatura de equilíbrio) da água. Uma vez que o ponto de congelamento seja alcançado, os cristais de gelo (núcleos) começam a se formar. A percentagem dos cristais de gelo aumenta lentamente. O tubo interno emprega um eixo giratório que é encaixado com lâminas raspadoras. As lâminas raspam, continuamente, a parede interna do tubo. Isso mantém a superfície do tubo livre de cristais durante a operação, o que é importante para transferência de calor eficiente.

[0069] A paste de cristais de gelo é recirculada continuamente através do cristalizador por meio da bomba de circulação P-101 . Toda a unidade é mantida cheia pelo vaso de alimentação atmosférica V-103 localizado acima da unidade principal. Usualmente, a unidade principal é mantida sob ligeira sobrepressão com um sistema de inertização de nitrogênio.

[0070] Do laço de circulação principal, a mistura de gelo e as segunda corrente de subproduto 9 ou 13 são alimentadas à coluna de lavagem S-200 onde o gelo é separado do concentrado.

[0071] O gelo é fundido no fundidor e descarregado do sistema através de uma válvula automática da linh de filtrado de coluna de lavagem.

[0072] A coluna de lavagem é um dispositivo de separação mecânica que remove cristais de gelo das segunda ou terceira correntes de subprodutos 9 ou 13 (solução salina concentrada). O corpo principal da coluna de lavagem é um cilindro. No interior do cilindro um pistão se move para cima e para baixo, criando um leito de cristal compacto. A eficiência da coluna de lavagem depende do tamanho do cristal e da viscosidade do produto. Cristais maiores e menor viscosidade tornam a separação mais eficiente.

[0073] As segunda ou terceira correntes de produto 8 ou 12 são descarregadas da coluna de lavagem e o filtrado é reciclado para a seção de cristalizador/ crescimento. A segunda ou terceira correntes de produto 8 ou 12 é substituída pela primeira corrente de subproduto 6’ descarregada da usina de RO. Os componentes não cristalizáveis na segunda ou na terceira correntes de subproduto 9 ou 13 e acumulam na unidade.

[0074] Após a temperatura de cristalização desejada ser alcançada (correspondente a uma certa concentração de componentes não cristalizáveis nas segunda ou terceira correntes de subproduto 9 ou a3), a remoção de água concentrada é iniciada. A água concentrada deixa a usina através da coluna de lavagem como uma corrente lateral do fluxo de filtrado.

[0075] A Figura 8 mostra um fluxograma de processo (PFD) de uma modalidade de uma unidade de cristalização de contracorrente de múltiplos estágios 71, que é um tipo preferido de unidade de cristalização de suspensão 7.

[0076] Nesse PFD, a alimentação entra no circuito principal do estágio de baixa concentração através da gravidade via vaso de alimentação V-3000. O laço principal ainda consiste de um ou mais cristalizadores, E-2X00, uma ou mais bombas de circulação de pasta, P-2X01 e um vaso de crescimento de cristais, V-2000. Associada(s) com o estágio de baixa concentração está/ estão uma ou mais colunas de lavagem, S-1500, com uma bomba de circuito -fundido, P-3X01 e fundidor de gelo, E-3X00. Água é descarregada do estágio de baixa concentração. O filtrado da coluna de lavagem é enviado para o vaso de alimentação, V-1500 do estágio de alta concentração. Alimentação em excesso é retornada para o vaso de alimentação do estágio de baixa concentração por uma linha de inundação.

[0077] O estágio de alta concentração é similar ao estágio de baixa concentração. Contudo, a pasta do circuito principal é agora enviada para um chamado espessador, S-1500. Um espessador é uma coluna de lavagem onde o gelo não é lavado e não fundido. O espessador apenas comprime a pasta para formar um leito de gelo compacto. O filtrado do espessador é descarregado da usina como produto ou retornado para o circuito de pasta principal do estágio de alta concentração. O leito de gelo compactado é novamente transformado em pasta em um circuito de circulação de pasta do e para o estágio de baixa concentração.

[0078] Ainda outro aspecto da invenção é o uso do processo ou do aparelho 1 para a redução do volume da primeira corrente de subproduto 6’ (resíduo de solução salina concentrada) de uma usina de dessalinização por membrana para osmose reversa 3’, de preferência, uma usina de dessalinização em terra 3’ ou em um dispositivo, ou usina ou processo para a produção de água dessalinizada para produção de sal, para coprodução de energia e água dessalinizada ou para condicionamento de ar. A incorporação da invenção em uma usina de RO permite uma redução da capacidade requerida da usina de RO e, assim, o investimento para uma aplicação particular. Por exemplo, a produtividade é aumentada pelo uso da invenção pelo fato de que menos alimentação de solução salina é requerida porque alguma da água que de outro modo seria perdida é recuperada. Além disso, esses vários usos, tipicamente, trazem benefícios em uma redução dos custos de manutenção devido ao uso de unidade de cristalização e tecnologias comprovadas.

EXEMPLOS

[0079] Os exemplos a seguir são apresentados para proporcionar àqueles de habilidade comum na técnica uma descrição detalhada de como os processos, aparelhos e usos aqui reivindicados são avaliados e não são destinados a limitar o escopo do que os inventores consideram como sua invenção. A menos que de outro modo indicado, partes são em peso e a temperatura está em graus Celsius (°C).

[0080] A usina piloto usada nos exemplos tinha a configuração mostrada na Figura 7 e antes descrita. A temperatura do meio de transferência de calor (HTM) estava entre 15 e -19°C. A temperatura da alimentação (primeira corrente de subproduto 6’) era 15°C e a temperatura operacional final era -19°C.

[0081] Os pesos de todas as correntes removidas do cristalizador foram medidos usando uma balança digital e medições do ponto de congelamento foram realizadas onde apropriado (em purezas mais baixas, onde desvios do ponto de congelamento do produto puro eram significativos o bastante para serem detectados). Amostras foram tomadas durante os testes e analisadas.

[0082] A concentração de sal (C) foi determinada por uma medição de condutividade elétrica, onde a condutividade elétrica (U) é expressa em unidades de mili-siemens por cm (mS/cm). A relação entre C em ppm e U em mS/cm é proporcionada pela seguinte equação: C =((0.0154009*(U3))-(2.67657*(U2))+(922.071*(U))-(744.133))

[0083] A recuperação de água (WR) em percentual (%) nos exemplos foi determinada pela seguinte equação: WR = (Wp/Wf) * 100 %

[0084] em que Wp = peso do produto e Wf = peso da alimentação

[0085] A rejeição de sal (SR) em percentual (%) nos exemplos foi determinada pela seguinte equação: SR = (1-Xp/Xf)*100%

[0086] em que Xp = concentração de sal no produto e Xf = concentração de sal na alimentação. Exemplos 1 a 3

[0087] Nestes exemplos, uma corrente de alimentação de solução salina (primeira corrente de subproduto 6’ ), tendo uma concentração de sal de 3,5 a 6,1% em peso foi tratada em uma segunda etapa de dessalinização 120 por cristalização em um único estágio da usina piloto de cristalização de suspensão e produziu os resultados mostrados nas Tabelas de 1 a 3. É notado que os exemplos 2 e 3 são ambos baseados em modelagem computacional do processo na usina. A Figura 9 resume a recuperação de água versus temperatura do resíduo obtida nos Exemplos 1 a 3.

[0088] Os exemplos demonstram que o processo e o aparelho da invenção podem ser usados no tratamento da primeira corrente de subproduto 6’ (correntes de efluentes residuais) de usinas de dessalinização por membrana de RO, tendo uma variedade de concentrações de solução salina. Não obstante os dados nas tabelas e Figuras mostrem que, em geral, será preferido ter uma concentração de sal entre cerca de 3 e cerca de 7 % em peso. A fim de ter o uso mais econômico da usina de membrana para RO, a concentração de sal será maior , mais preferivelmente, entre 6 e cerca de 7 % em peso.

[0089] A Figura 9 demonstra que um resultado ótimo é obtido quando o resíduo (segunda corrente de subproduto 9) é concentrado em -8 a - 9 °C, que resulta em uma concentração de sal de entre cerca de 13 a cerca de 14% em peso. O ajuste desse processo dá quase a melhor recuperação de água e a rejeição de sal e, assim, um resultado ótimo. Temperaturas de resíduos mais altas (> -9°C requerem custos de energia muito mais altos, sem oferecer qualquer aumento significativo na recuperação de água. Além disso, a pureza do produto é menor para essas temperaturas muito baixas de resíduos. Exemplo 4

[0090] Neste exemplo, uma cristalização de suspensão foi realizada como no exemplo 1 e o resíduo (segunda corrente de subproduto 9) foi passado em uma terceira etapa de dessalinização 130 através de uma unidade de cristalização estática 10. A usina piloto usada neste exemplo consistiu de uma unidade de cristalização estática padrão de um cristalizador de 70 litros, equipado com o mesmo tipo de elementos de cristalizador que os usados para cristalizadores industriais. Portanto, evita-se qualquer risco no desenho para capacidade final visto que nenhuma alteração precisa ser feita.

[0091] Neste exemplo um estágio de transpiração foi incorporado, o que resulta em uma pureza maior do produto e maior rejeição de sal; contudo, a recuperação de água e o rendimento são um pouco reduzidos e equipamento maior e tempo de processamento mais longo são requeridos. Alguém versado na técnica compreenderá como fazer trocas nesses aspectos particulares a fim de obter um resultado otimizado para uma situação e exigências particulares.

[0092] Este exemplo demonstra que a segunda corrente de subproduto 9 de uma unidade de cristalização de suspensão 7 pode ser tratada, vantajosamente, em uma terceira etapa de dessalinização 130 em uma unidade de cristalização estática 10 para proporcionar uma terceira corrente de água de produto 12 de pureza suficiente (cerca de 4 -6 % em peso de sal) que pode ser realimentada na alimentação da unidade de dessalinização para osmose reversa 4’ ou para a primeira corrente de subproduto 6’, assim, aumentando a recuperação global de água.

[0093] A cristalização do resíduo (terceira corrente de água de produto 12) em temperaturas de -16 a -17°C resulta em um resíduo com uma concentração de sal de cerca de 21% em peso. Temperaturas elevadas de resíduos podem ser usadas, mas resultam em valores menores de recuperação de água e rejeição de sal. Mesmo temperaturas de resíduos mais baixas põem ser usadas, mais isso tem custos de energia maiores. Além disso, a obtenção de temperatura mais baixas se torna limitada pelo ponto eutético em uma concentração de sal de cerca de 23 % em peso.

[0094] Embora várias modalidades tenham sido apresentadas para fins de ilustração, as descrições precedentes não devem ser consideradas como sendo uma limitação no presente escopo. Em consequência, várias modificações, adaptações e alternativas podem ocorrer para alguém versado na técnica, sem afastamento deste espírito e escopo. Tabela 1: Exemplo 1

Tabela 2: Exemplo 2

Tabela 3: Exemplo 3

Tabela 4: Exemplo 4

Claims

1. Processo para dessalinização de água compreendendo as etapas de: passagem de uma corrente de alimentação de solução salina (2’) em uma primeira etapa de dessalinização através de uma usina de dessalinização por membrana para osmose reversa (3’) compreendendo pelo menos uma unidade de dessalinização para osmose reversa (4’) para formar uma primeira corrente de água de produto (5’), tendo uma concentração de sal reduzida em relação àquela da corrente de alimentação de solução salina (2’) e uma primeira corrente de subproduto (6’) tendo uma concentração de sal aumentada em relação àquela da corrente de alimentação de solução salina (2’), caracterizado pelo fato de que a primeira corrente de subproduto (6’) ser passada em uma segunda etapa de dessalinização através de uma unidade de cristalização de suspensão (7), de preferência uma unidade de cristalização de contracorrente de múltiplos estágios (71), para formar uma segunda corrente de água de produto (8) tendo uma concentração de sal reduzida em relação àquela da primeira corrente de subproduto (6) e uma segunda corrente de subproduto (9) tendo uma concentração de sal aumentada em relação àquela da primeira corrente de subproduto (6’), e em que a segunda corrente de subproduto (9) ser passada em uma terceira etapa de dessalinização através de uma unidade de cristalização estática (10) ou a mesma (7) ou uma segunda unidade de cristalização de suspensão (11) para formar uma terceira corrente de água de produto (12), tendo uma concentração de sal reduzida em relação àquela da segunda corrente de subproduto (9) e uma terceira corrente de subproduto (13) tendo uma concentração de sal aumentada em relação àquela da segunda corrente de subproduto (9).

2. Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a terceira corrente de água de produto (12) ser alimentada na primeira corrente de subproduto (6’).

3. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 2, caracterizado pelo fato de que a concentração de sal da primeira corrente de subproduto (6’) estar entre 3 a 7% em peso, de preferência entre 5 a 7, mais preferivelmente entre 5 a 7, mais preferivelmente entre 6 a 7.

4. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo fato de que a primeira corrente de subproduto (6’) ser cristalizada na unidade de cristalização de suspensão (7) em uma temperatura entre -1 a -4°C, de preferência - 1,5 a -4, mais preferivelmente -2 a -4, mais preferivelmente -3 a -4.

5. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado pelo fato de que a primeira corrente de subproduto (6’) ser passada através de um trocador de calor (14), desse modo reduzindo sua temperatura antes da passagem através da unidade de cristalização de suspensão (7).

6. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizado pelo fato de que a temperatura da primeira corrente de subproduto (6’) ser reduzida antes de entrar na unidade de cristalização de suspensão (7), de preferência em uma temperatura entre 2 e 20 °C, mais preferivelmente 2 a 10°C, mais preferivelmente de 2 a 5.

7. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizado pelo fato de que a concentração de sal da segunda corrente de subproduto (9) estar entre 8 e 18% em peso, de preferência entre 10 e 15, mais preferivelmente entre 12 e 13.

8. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 7, caracterizado pelo fato de que a segunda corrente de subproduto (9) ser cristalizada na unidade de cristalização estática (10) ou na mesma (7) ou uma segunda unidade de cristalização de suspensão (11) em uma temperatura entre -4 a -13°C, de preferência entre -6 a -10, mais preferivelmente -7,5 a -8,5.

9. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 7, caracterizado pelo fato de que a segunda corrente de subproduto (9) ser passada através de um segundo trocador de calor (15), assim, reduzindo sua temperatura antes da passagem através da segunda unidade de cristalização de suspensão (11), de preferência, em uma temperatura entre 2 a 20°C, mais preferivelmente 2 a 10, mais preferivelmente 2 a 5.

10. Aparelho para realização do processo como definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 9 compreendendo: uma usina de dessalinização por membrana para osmose reversa (3’) compreendendo pelo menos uma unidade de dessalinização para osmose reversa (4’) tendo uma entrada (21’) para uma corrente de alimentação de solução salina (2’), uma saída (51’) para uma primeira corrente de água de produto (5’), uma saída (61’) para uma primeira corrente de subproduto (6’), caracterizado pelo fato de que a saída (61’) estar em conexão de fluido com uma entrada (62) de uma unidade de cristalização de suspensão (7), de preferência uma unidade de cristalização de contracorrente de múltiplos estágios (71), tendo uma saída (81) para uma segunda corrente de água de produto (8) e uma saída (91) para uma segunda corrente de subproduto (9), adicionalmente, compreender uma unidade de cristalização estática (10) ou uma segunda unidade de cristalização de suspensão (11) tendo uma entrada (92) em comunicação de fluido com a saída (91) da unidade de cristalização de suspensão (7) e uma saída (121) para uma terceira corrente de água de produto (12) e uma saída (131) para uma terceira corrente de subproduto (13), sendo que a saída (121) está em comunicação de fluido com a saída (61’) de modo que uma terceira corrente de água de produto (12) possa ser reciclada.

11. Aparelho, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que a saída (121) para uma terceira corrente de água de produto (12) estar em comunicação de fluido com a primeira corrente de subproduto (6’).

12. Aparelho, de acordo com qualquer uma das reivindicações 10 a 11, caracterizado pelo fato de que, adicionalmente, compreender um trocador de calor (14) e tendo uma entrada (141) e uma saída (142), em que a entrada (141) está em comunicação de fluido com a saída (61’) e a saída (142) está em comunicação de fluido com a entrada (62) da unidade de cristalização de suspensão (7).

13. Aparelho, de acordo com qualquer uma das reivindicações 10 a 12, caracterizado pelo fato de que um segundo trocador de calor (15) é instalado em linha entre a saída (91) e a entrada (92) da segunda unidade de cristalização de suspensão (11) e tendo uma entrada (151) e uma saída (152), em que a entrada (151) está em comunicação de fluido com a saída (91) e a saída (152) está em comunicação de fluido com a entrada (92) da segunda unidade de cristalização de suspensão (11).

14. Uso do aparelho como definido em qualquer uma das reivindicações 10 a 13, para a redução do volume da primeira corrente de subproduto (6’) de uma usina de dessalinização por membrana para osmose reversa (3’), em uma usina de dessalinização em terra (3’) ou em um dispositivo ou usina ou processo para a produção de água dessalinizada, para produção de sal, para coprodução de energia e água dessalinizada ou para condicionamento de ar.