ES2235495T3 - Procesopara el tratamiento de agua residual. - Google Patents
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Abstract
Proceso para el tratamiento de corrientes de agua residual que contienen al menos, hidrocarburos y sales, para obtener un producto de agua limpia, un producto de salmuera concentrado y un producto rico en hidrocarburos; dicho proceso comprende las etapas de: a) alimentar el agua residual en una primera columna de destilación en una etapa en el intervalo de 0, 05*n a 0, 15*n desde la cabeza, en el que n representa el número total de etapas teóricas de la primera columna de destilación y tiene un valor en el intervalo de 20 a 40; b) extraer lateralmente una corriente de vapor en una etapa en el intervalo de 0, 55*n a 0, 75*n desde la cabeza y alimentar esta corriente de vapor en el fondo de una segunda columna de destilación que tiene m etapas teóricas, teniendo m un valor en el intervalo de 3 a 10; c) extraer lateralmente un producto de agua limpia como fracción de cabeza de la segunda columna de destilación y extraer una corriente de fondo de la segunda columna de destilación, la cual se vuelve a alimentar a la primera columna de destilación por debajo del punto de extracción lateral de la corriente de vapor en la etapa (b) en una etapa en el intervalo de 0, 60*n a 0, 85*n desde la cabeza; d) extraer lateralmente el producto de salmuera concentrado como la fracción de fondo de la primera columna de destilación; y e) extraer lateralmente la corriente de hidrocarburo como la fracción de cabeza de la primera columna de destilación.
Description
Proceso para el tratamiento de agua residual.
La presente invención se refiere a un proceso
para el tratamiento de agua residual, en particular agua residual
procedente de procesos industriales que contiene al menos
hidrocarburos y sales.
El tratamiento o purificación de agua residual
originada en procesos industriales y que contiene al menos
hidrocarburos y sales (orgánicas y/o inorgánicas) es habitualmente
un procedimiento relativamente caro. La legislación medioambiental
hoy en día, establece severos requerimientos sobre la purificación
de corrientes de agua residual procedente de procesos industriales,
en particular cuando el agua residual purificada tiene que liberarse
al medioambiente. Por consiguiente, la elección de un método de
purificación para agua residual industrial está supeditada a
consideraciones prácticas, medioambientales y económicas.
Un proceso industrial en el cual se produce una
cantidad relativamente grande de agua residual es el proceso de
producción de monómero de estireno/óxi-
do de propileno (SM/PO por sus siglas en inglés, sty-
rene monomer/propylene oxide). En general, dicho proceso SM/PO implica las etapas de: (i) reacción de etilbenceno con oxígeno o aire para formar hidrope-
róxido de etilbenceno; (ii) reacción del hidroperóxido de etilbenceno así obtenido, con propeno en presencia
de un catalizador de epoxidación, para obtener óxido de propileno y 1-feniletanol; y, (iii) conversión del
1-feniletanol en estireno por deshidratación, utilizando un catalizador de deshidratación apropiado. En la última etapa, se produce agua. Además de esta agua de reacción, se producen subproductos orgánicos, tales como hidrocarburos alifáticos y aromáticos, aldehídos, cetonas, alcoholes, fenoles y ácidos orgánicos. Los subproductos se separan de los productos principales con la ayuda de agua limpia y los ácidos orgánicos se neutralizan utilizando una disolución acuosa básica, tal como una disolución acuosa de (bi)carbonato sódico y/o hidróxido sódico. Además, se introduce agua adicional con el aire en la etapa (i) y en forma de vapor en la etapa (iii) del proceso anterior.
do de propileno (SM/PO por sus siglas en inglés, sty-
rene monomer/propylene oxide). En general, dicho proceso SM/PO implica las etapas de: (i) reacción de etilbenceno con oxígeno o aire para formar hidrope-
róxido de etilbenceno; (ii) reacción del hidroperóxido de etilbenceno así obtenido, con propeno en presencia
de un catalizador de epoxidación, para obtener óxido de propileno y 1-feniletanol; y, (iii) conversión del
1-feniletanol en estireno por deshidratación, utilizando un catalizador de deshidratación apropiado. En la última etapa, se produce agua. Además de esta agua de reacción, se producen subproductos orgánicos, tales como hidrocarburos alifáticos y aromáticos, aldehídos, cetonas, alcoholes, fenoles y ácidos orgánicos. Los subproductos se separan de los productos principales con la ayuda de agua limpia y los ácidos orgánicos se neutralizan utilizando una disolución acuosa básica, tal como una disolución acuosa de (bi)carbonato sódico y/o hidróxido sódico. Además, se introduce agua adicional con el aire en la etapa (i) y en forma de vapor en la etapa (iii) del proceso anterior.
El agua residual de una planta de producción de
SM/PO típicamente contiene un total de un 1,0 a un 3,5% en peso, de
compuestos orgánicos que no son sales y de un 3,0 a un 6,0% en peso
de sales orgánicas. Puede contener además hasta un 2,0% en peso de
carbonato sódico y bicarbonato sódico y/o trazas de hidróxido
sódico, dependiendo de la disolución básica utilizada en la
neutralización de los ácidos orgánicos.
La entrada de agua limpia a una planta de SM/PO
puede ser de hasta decenas de miles de kg por hora, mientras que la
salida de agua residual normalmente es aproximadamente un 50% mayor
que la entrada de agua limpia. El agua residual no se puede
descargar sin tratamiento de purificación adicional. Como ya se ha
indicado anteriormente, sin embargo, la elección de un tratamiento
de purificación adecuado está limitada debido a toda una serie de
consideraciones prácticas, medioambientales y económicas.
En el documento de patente británica
GB-A-2.262.052 se ofrece más
información sobre los métodos de la técnica anterior para el
tratamiento de agua residual y sobre composiciones típicas de
corrientes de agua residual de plantas de SM/PO. El proceso de
purificación mostrado en el documento de patente británica
GB-A-2.262.052 implica la
concentración por congelación combinada con la eliminación de sales,
mediante la cual el agua residual se separa en un producto residual
al menos doblemente concentrado, cristales de sal y un producto
básicamente de agua pura.
El método presentado en el documento de patente
británica GB-A-2.262.052, sin
embargo, todavía deja lugar para la mejora. Particularmente, la
economía de un proceso de concentración por congelación no es
todavía satisfactoria. La inversión de capital requerida para un
proceso de concentración por congelación supone actualmente, al
menos, el 10% de la inversión de capital total necesaria para una
planta de SM/PO. Así, sería beneficioso si se pudiera desarrollar un
tratamiento de purificación de agua residual alternativo más barato,
pero, al menos, igualmente bueno -en términos de purificación-. Así,
es un objetivo importante de la presente invención desarrollar dicha
alternativa. Un objetivo adicional es desarrollar un tratamiento de
agua residual que produzca una corriente de agua limpia, que cumpla
todos los requerimientos para su descarga en el medio ambiente.
De acuerdo con la presente invención, se ha
encontrado que mediante la aplicación de un tratamiento específico
de destilación se puede llevar a cabo una purificación muy eficaz
del agua residual a coste reducido.
Por consiguiente, la presente invención se
refiere a un proceso para el tratamiento de corrientes de agua
residual que contienen al menos hidrocarburos y sales para dar un
producto de agua limpia, un producto de salmuera concentrada y un
producto rico en hidrocarburos; dicho proceso comprende las etapas
de:
- a)
- alimentar el agua residual de alimento a una primera columna de destilación a una etapa en el intervalo desde 0,05*n a 0,15*n desde la cabeza, donde n representa el número total de etapas teóricas de la primera columna de destilación y tiene un valor en el intervalo de 20 a 40;
- b)
- extraer lateralmente una corriente de vapor de una etapa en el intervalo de 0,55*n a 0,75*n desde la cabeza y alimentar esta corriente de vapor al fondo de una segunda columna de destilación que tiene m etapas teóricas, teniendo m un valor en el intervalo de 3 a 10;
- c)
- extraer lateralmente el producto agua limpia como la fracción de cabeza de la segunda columna de destilación y extraer una corriente de fondo de la segunda columna de destilación, la cual es alimentada de nuevo en la primera columna de destilación por debajo del punto de extracción lateral de la corriente de vapor en la etapa (b) en una etapa de la columna en el intervalo de 0,60*n a 0,85*n desde la cabeza;
- d)
- extraer lateralmente el producto salmuera concentrado como la fracción de fondo de la primera columna de destilación; y
- e)
- extraer lateralmente la corriente de hidrocarburo como la fracción de cabeza de la primera columna de destilación.
El proceso anterior tiene muchas ventajas. La
primera de todas es que es altamente efectivo en coste. La inversión
de capital requerida para el tratamiento de purificación anterior
es, al menos, un 10% inferior, pero puede ser hasta un 50% inferior,
que el proceso de concentración por congelación mostrado en el
documento de patente británica
GB-A-2.262.052. Además, desde el
punto de vista de la purificación, también funciona excelentemente.
El agua limpia obtenida cumple todas las especificaciones en
términos de la Demanda Química de Oxígeno (DQO) y de componentes
perjudiciales para la descarga directa en el medioambiente. Como es
bien conocido en la técnica, la DQO es una medida de la cantidad de
componentes contaminantes en una corriente de proceso, más
particularmente, de la cantidad de oxígeno necesaria para oxidar (y
por lo tanto, degradar) los componentes contaminantes presentes en
una corriente de proceso. La DQO se expresa típicamente en
miligramos de oxígeno por litro de corriente de proceso. Por regla
general, una corriente de agua residual purificada debería tener una
DQO todo lo más, de 100 mg/l antes de que pueda ser descargada en el
medioambiente. Los componentes perjudiciales son principalmente
componentes fenólicos como fenol y fenolatos. Típicamente, tales
componentes deben estar presentes en una corriente de proceso
purificada en una cantidad menor que 50 ppm antes de que esté
permitido descargar esta corriente en el medioambiente. El producto
rico en hidrocarburos obtenido es muy apropiado como combustible o
puede ser reutilizado en el proceso a partir del cual se origina la
corriente de agua residual. El producto de salmuera concentrado se
puede incinerar en instalaciones convencionales de incineración.
La corriente de agua residual que va a ser
tratada en el proceso según la presente invención, debería contener
al menos hidrocarburos y sales. Cualquier proceso industrial que
genere este tipo de agua residual se podría beneficiar del proceso
de purificación de acuerdo con la presente invención. Sin embargo,
se ha encontrado particularmente ventajoso tratar corrientes de agua
residual que se originan en una planta de producción de monómero de
estireno/óxido de propileno. Dichas corrientes de agua comprenden
hidrocarburos, aldehídos, cetonas, alcoholes, fenoles y sales.
La primera columna de destilación tiene de 20 a
40 etapas teóricas. Preferiblemente, el número de etapas teóricas
(n) de la primera columna de destilación está en el intervalo de 25
a 35. El número de platos reales que se van a utilizar en la columna
de destilación se puede determinar fácilmente tomando como
referencia la eficacia de los platos utilizados y el número de
etapas teóricas. En la etapa (a) del proceso, la corriente de agua
residual entra en la primera columna de destilación a una etapa en
el intervalo de 0,05*n a 0,15*n desde la cabeza. Preferiblemente, el
agua residual entra en la columna justo por debajo de la cabeza, en
la segunda, tercera, cuarta o quinta etapa desde la cabeza.
En la etapa (b), a continuación, una corriente de
vapor se extrae en una etapa en el intervalo de 0,55*n a 0,75*n,
preferiblemente de 0,60*n a 0,70*n, desde la cabeza. La corriente de
vapor se alimenta al fondo de una segunda columna de destilación que
tiene m etapas teóricas, teniendo m un valor en el intervalo de 3 a
10. El número preferido de etapas teóricas de esta segunda columna
de destilación es 3 a 7.
En la etapa (c) el producto de agua limpia se
obtiene de la segunda columna de destilación como la fracción de
cabeza. La corriente de fondo de esta segunda columna de destilación
se vuelve a alimentar a la primera columna de destilación por debajo
del punto de extracción lateral de la corriente de vapor en la etapa
(b) en una etapa de la columna en el intervalo de 0,60*n a 0,85*n,
preferiblemente de 0,65*n a 0,75*n, desde la cabeza. Por
consiguiente, es preferible que las etapas (b) y (c) se lleven a
cabo de modo que la corriente de vapor se extraiga en la etapa (b)
en una etapa de la columna en el intervalo de 0,60*n a 0,70*n y que
la corriente de fondo de la segunda destilación se alimente en la
primera columna de destilación en la etapa (c) en una etapa de la
columna en el intervalo de 0,65*n a 0,75*n desde la cabeza.
Los tratamientos de destilación en la primera y/o
segunda destilación se pueden llevar a cabo a presión atmosférica o
a presión reducida. Sin embargo, se prefiere operar ambas columnas
de destilación en condiciones atmosféricas.
Cada columna de destilación convenientemente
tiene al menos, un calderín y un condensador para aumentar la
eficiencia de la separación. Con respecto a la primera columna de
destilación, el régimen de temperaturas debe ser tal que la
corriente de vapor, que consiste principalmente en agua, pueda
extraerse en una etapa en el intervalo de 0,55*n a 0,75*n desde la
cabeza. Esto implica que la temperatura en la primera columna de
destilación debería ser, al menos, 100ºC. Puesto que en la segunda
columna de destilación, la corriente de agua limpia se recupera de
la fracción de cabeza, la temperatura en esta columna de destilación
también debería ser, al menos 100ºC. En la práctica, se ha
encontrado que ambas columnas se operan de forma apropiada en
condiciones atmosféricas a una temperatura de 100ºC a 110ºC.
Operando en estas condiciones al calderín de la primera columna de
destilación se le puede suministrar calor de bajo nivel, el cual
podría ser vapor de baja presión o calor residual del proceso
industrial a partir del cual se origina la corriente de agua
residual. El agua residual que entra a la primera columna de
destilación, convenientemente, tiene una temperatura en el intervalo
de 50 a 110ºC, más convenientemente de 65 a 90ºC.
La figura 1 muestra una realización ilustrativa
de la presente invención.
La corriente de agua residual (1) entra en la
primera columna de destilación (2). La fracción de cabeza (3) se
hace pasar por un cambiador de calor (4) y la corriente resultante,
al menos parcialmente condensada, (5) se separa en el separador de
fases (6) en una corriente rica en hidrocarburos (7) y una corriente
(8) que contiene una proporción mayoritaria de agua, alimentándose,
esta última corriente, de nuevo a la primera columna de destilación
(2). La corriente rica en hidrocarburos (7) puede, por ejemplo,
utilizarse como combustible. La corriente de vapor rica en agua (9)
se extrae de la primera columna de destilación (2) y se introduce en
el fondo de la segunda columna de destilación (10). La fracción de
cabeza (12) se hace pasar a través del cambiador de calor (13) y la
corriente enfriada resultante (14) es la corriente de agua limpia,
parte de la cual (corriente 15) se vuelve a introducir en la parte
de cabeza de la segunda columna de destilación (10). La fracción de
fondo (11) de la segunda columna de destilación (10) se conduce de
nuevo a la primera columna de destilación (2) y entra en esta
columna por debajo de la extracción lateral de vapor (9). Parte de
la corriente de fondo (16) de la primera columna de destilación (2)
se recupera como producto de salmuera concentrado, mientras que la
parte remanente se hace pasar a través del calderín (17) después del
cual, la corriente resultante (18) se reintroduce en la parte de
fondo de la primera columna de
destilación (2).
destilación (2).
No se muestra en la Figura 1, pero también es
posible que parte de la corriente de condensado (5) se conduzca de
nuevo a la columna de destilación (2) y parte se recupere como una
corriente de purga que contenga hidrocarburo/agua para, por ejemplo,
utilizarse como combustible. En ese caso, se puede prescindir del
separador de fases (6).
Claims (5)
1. Proceso para el tratamiento de corrientes de
agua residual que contienen al menos, hidrocarburos y sales, para
obtener un producto de agua limpia, un producto de salmuera
concentrado y un producto rico en hidrocarburos; dicho proceso
comprende las etapas de:
- a)
- alimentar el agua residual en una primera columna de destilación en una etapa en el intervalo de 0,05*n a 0,15*n desde la cabeza, en el que n representa el número total de etapas teóricas de la primera columna de destilación y tiene un valor en el intervalo de 20 a 40;
- b)
- extraer lateralmente una corriente de vapor en una etapa en el intervalo de 0,55*n a 0,75*n desde la cabeza y alimentar esta corriente de vapor en el fondo de una segunda columna de destilación que tiene m etapas teóricas, teniendo m un valor en el intervalo de 3 a 10;
- c)
- extraer lateralmente un producto de agua limpia como fracción de cabeza de la segunda columna de destilación y extraer una corriente de fondo de la segunda columna de destilación, la cual se vuelve a alimentar a la primera columna de destilación por debajo del punto de extracción lateral de la corriente de vapor en la etapa (b) en una etapa en el intervalo de 0,60*n a 0,85*n desde la cabeza;
- d)
- extraer lateralmente el producto de salmuera concentrado como la fracción de fondo de la primera columna de destilación; y
- e)
- extraer lateralmente la corriente de hidrocarburo como la fracción de cabeza de la primera columna de destilación.
2. Proceso según la reivindicación 1, en el que
la corriente de agua residual se origina en una planta de producción
de monómero de estireno/óxido de propileno.
3. Proceso según la reivindicación 1 ó 2, en el
que n tiene un valor en el intervalo de 25 a 35.
4. Proceso según cualquiera de las
reivindicaciones precedentes, en el que la corriente de vapor se
extrae en la etapa (b) en una etapa de la columna en el intervalo de
0,60*n a 0,70*n y la corriente de fondo de la segunda destilación se
vuelve a alimentar a la primera columna de destilación en la etapa
(c) en una etapa de la columna en el intervalo de 0,65*n a 0,75*n
desde la cabeza.
5. Proceso según cualquiera de las
reivindicaciones precedentes, en el que m tiene un valor en el
intervalo de 3 a 7.
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