ES2388252A1 - Method for converting brines into acids and bases, and products obtained - Google Patents

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Abstract

The invention relates to a method for treating brines, which includes the steps of: subjecting a stream of brines (4, 13) to a pretreatment (5, 14) by means of membrane separation (15) designed such as to obtain a stream of brines that are substantially free of divalent ions (7, 16) and a residual stream which includes an electrolytic solution (6, 17) subjecting the stream of brines (7, 16) obtained in the preceding step to a treatment (8, 18) by means of electrodialysis using bipolar membranes designed such as to obtain a stream of hydrochloric acid (9, 28) and a stream of sodium hydroxide (10, 29), as well as a stream of desalinated water (30). The invention also relates to a hydrochloric acid solution obtained by means of the preceding method. The invention also relates to a sodium hydroxide solution obtained by means of the preceding method.

Description

PROCESO DE CONVERSIÓN DE SALMUERAS EN ÁCIDOS Y BASES Y PRODUCTOS OBTENIDOS PROCESS OF CONVERSION OF SALMUERAS IN ACIDS AND BASES AND PRODUCTS OBTAINED CAMPO DE LA INVENCIÓN FIELD OF THE INVENTION

La presente invención pertenece al campo de los procesos y tratamientos de desalación de agua y, en concreto, de la valorización de corrientes residuales salobres para la obtención de ácidos y bases reutilizables en el proceso y/o comercializables. The present invention belongs to the field of water desalination processes and treatments and, in particular, the recovery of brackish residual currents for obtaining reusable acids and bases in the process and / or marketable.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN BACKGROUND OF THE INVENTION

La desalinización de agua es una alternativa emergente y prometedora de obtención de agua potable. Un número creciente de plantas desalinizadoras utilizan tecnologías de membranas, que junto con la corriente de agua desalada, generan una corriente de agua concentrada, rechazo o salmuera, que se caracteriza por tener alta concentración en sales, principalmente cloruro de sodio (NaCl), que llega a duplicar el valor del agua de partida. Cuando las salmueras son vertidas al mar, como es el caso en las plantas desalinizadoras costeras, originan una serie de efectos medioambientales adversos sobre el medio marino receptor que son objeto de recientes estudios (Water Research, 44(18) (2010), Elsevier Science Publishers B.V., Amsterdam, págs. 51175128, por D.A Roberts, E.L. Johnston, N.A. Knott: "Impacts of desalination plant discharges on the marine environment: a critical review of published studies"; Journal of Industrial Ecology 14(3) (2010), Wiley-Blackwell Publishers, Hoboken, NJ (USA), págs. 512-527, por M. Meneses, J.C. Pasqualino, R. Céspedes-Sánchez, F. Castells: "Alternatives for reducing the environmental impact of the main residue from a desalination plant"). Water desalination is an emerging and promising alternative to obtain drinking water. An increasing number of desalination plants use membrane technologies, which together with the desalinated water stream, generate a concentrated water stream, rejection or brine, which is characterized by having a high concentration of salts, mainly sodium chloride (NaCl), which it gets to double the value of the starting water. When brines are discharged into the sea, as is the case in coastal desalination plants, they cause a series of adverse environmental effects on the receiving marine environment that are subject to recent studies (Water Research, 44 (18) (2010), Elsevier Science Publishers BV, Amsterdam, pp. 51175128, by DA Roberts, EL Johnston, NA Knott: "Impacts of desalination plant discharges on the marine environment: a critical review of published studies"; Journal of Industrial Ecology 14 (3) (2010), Wiley-Blackwell Publishers, Hoboken, NJ (USA), pp. 512-527, by M. Meneses, JC Pasqualino, R. Céspedes-Sánchez, F. Castells: "Alternatives for reducing the environmental impact of the main residue from a desalination plant ").

La situación se agrava aún más en las plantas desalinizadoras situadas en el interior, dado que, al no existir la posibilidad de vertido directo al mar, la gestión de concentrados supone un problema aún mayor. Tradicionalmente, las opCIOnes utilizadas para minimizar el efecto de estos concentrados son la generación de sales mediante evaporación en lagunas, lo cual requiere grandes extensiones de terreno, y la inyección en pozos subterráneos, que puede derivar en la salinización de acuíferos subterráneos y suelos. The situation is further aggravated in desalination plants located in the interior, given that, since there is no possibility of direct discharge to the sea, the management of concentrates is an even greater problem. Traditionally, the options used to minimize the effect of these concentrates are the generation of salts by evaporation in lagoons, which requires large areas of land, and injection into underground wells, which can lead to salinization of underground aquifers and soils.

Por ello, es urgente desarrollar tratamientos que minimicen estos vertidos dando prioridad a aquellos procesos que posibiliten la recuperación de materiales, tal y como se indica en Water Research, 46(2) (2012), Elsevier Science Publishers B.V., Amsterdam, págs. 267-283, por A.Pérez-González, A.M.Urtiaga, R.lbañez. LOrtiz: "State of the art and review on treatment technologies of water reverse osmosis concentrates" . Therefore, it is urgent to develop treatments that minimize these spills giving priority to those processes that enable the recovery of materials, as indicated in Water Research, 46 (2) (2012), Elsevier Science Publishers B.V., Amsterdam, p. 267-283, by A.Pérez-González, A.M. Urtiaga, R.lbañez. LOrtiz: "State of the art and review on treatment technologies of water reverse osmosis concentrates".

El tratamiento de las salmueras procedentes de desaladoras, en los casos en los que se lleva a cabo, se enfoca hacia la recuperación de la máxima cantidad de agua tratada posible, bien por procesos de desalación por ósmosis inversa en etapas en serie (con The treatment of brines from desalination plants, in the cases in which it is carried out, focuses on the recovery of the maximum amount of treated water possible, either by reverse osmosis desalination processes in series stages (with

o sin tratamientos intermedios), o por la combinación de tratamientos como evaporación o precipitación para llegar a tener un vertido líquido nulo. or without intermediate treatments), or by the combination of treatments such as evaporation or precipitation to have a zero liquid discharge.

Debido a la gran cantidad de sales que contienen las salmueras, los tratamientos enfocados a la recuperación de sustancias están enfocados hacia la recuperación de estas sales, aplicando procesos de precipitación o cristalización selectiva. Due to the large amount of salts contained in the brines, the treatments focused on the recovery of substances are focused on the recovery of these salts, applying precipitation or selective crystallization processes.

Las salmueras procedentes de desaladoras son particularmente ricas en iones sodio y cloruro, por lo que la recuperación de los correspondientes ácidos y bases conlleva importantes beneficios no solo desde el punto de vista medioambiental, sino como fuente de productos químicos que pueden ser reutilizados en la misma planta o comercializados. Brines from desalination plants are particularly rich in sodium and chloride ions, so that the recovery of the corresponding acids and bases entails significant benefits not only from an environmental point of view, but also as a source of chemicals that can be reused therein. plant or marketed.

El ácido clorhídrico (Hel) es uno de los ácidos más utilizados tanto en la industria como en otras aplicaciones. El ácido clorhídrico se obtiene en la industria como subproducto en las reacciones orgánicas de cloración de compuestos orgánicos con cloro elemental o en la industria cloro-álcali, en la que se hidro liza una disolución de sal común (NaCl), produciendo cloro, hidróxido de sodio e hidrógeno. El gas cloro así obtenido puede ser combinado con el gas hidrógeno, formando gas Hel químicamente puro. El Hel que se encuentra en el mercado suele tener una concentración del 38% o del 25% en peso. Las disoluciones de concentración algo superior al 40% son químicamente posibles, pero la tasa de evaporación en ellas es tan alta que se tienen que tomar medidas extras de almacenamiento y manipulación. En el mercado es posible adquirir disoluciones para uso corriente con concentración entre el 10% y el 12% en peso, utilizadas principalmente en limpieza. En plantas desalinizadoras se utiliza en concentraciones mucho menores para procesos de regulación de pH y limpiezas de equipos. Actualmente se utiliza más el ácido sulfúrico por ser más barato, pero favorece la aparición de fenómenos de ensuciamiento como el fouling, disminuyendo la eficacia de los procesos de limpieza. El hidróxido de sodio (NaOH) es un hidróxido básico usado principalmente Hydrochloric acid (Hel) is one of the most commonly used acids both in industry and in other applications. Hydrochloric acid is obtained in the industry as a byproduct in the organic chlorination reactions of organic compounds with elemental chlorine or in the chlor-alkali industry, in which a common salt solution (NaCl) is hydrogenated, producing chlorine, hydroxide of sodium and hydrogen The chlorine gas thus obtained can be combined with the hydrogen gas, forming chemically pure Hel gas. The Hel that is in the market usually has a concentration of 38% or 25% by weight. Solutions of concentration somewhat higher than 40% are chemically possible, but the evaporation rate in them is so high that extra storage and handling measures have to be taken. In the market it is possible to acquire solutions for current use with a concentration between 10% and 12% by weight, mainly used in cleaning. In desalination plants it is used in much lower concentrations for pH regulation processes and equipment cleaning. Currently, sulfuric acid is used more because it is cheaper, but it favors the appearance of fouling phenomena such as fouling, reducing the effectiveness of cleaning processes. Sodium hydroxide (NaOH) is a basic hydroxide used primarily

en la fabricación de papel, tejidos y detergentes. Se obtiene mayormente en la electrólisis cloro-álcali. in the manufacture of paper, fabrics and detergents. It is mostly obtained in chloro-alkali electrolysis.

El proceso de recuperación de Hel y NaOH a partir de salmueras procedentes de desalación de aguas simplifica el proceso de obtención de estos compuestos para las aplicaciones en las que los requerimientos de calidad y pureza no son elevados, al mismo tiempo que supone un aprovechamiento de estas corrientes residuales. El tratamiento de las salmueras debe integrarse en el proceso global de desalación de agua con objeto de convertir la obtención de agua desalinizada en un proceso sostenible. The recovery process of Hel and NaOH from brines from water desalination simplifies the process of obtaining these compounds for applications in which the quality and purity requirements are not high, while at the same time taking advantage of these residual currents The brine treatment must be integrated into the global water desalination process in order to convert the desalination of water into a sustainable process.

RESUMEN DE LA INVENCIÓN SUMMARY OF THE INVENTION

La presente invención trata de resolver los inconvenientes mencionados anteriormente mediante un proceso de tratamiento de salmueras que comprende las etapas de: someter una corriente de salmueras a un pretratamiento mediante separación por membranas diseñado para obtener una corriente de salmueras sustancialmente libre de iones divalentes y una corriente residual que comprende una disolución electrolítica; someter la corriente de salmueras obtenida en la etapa anterior a un tratamiento mediante electrodiálisis con membranas bipolares diseñado para obtener una corriente de ácido clorhídrico y una corriente de hidróxido sódico, además de una corriente de agua desalinizada. The present invention seeks to solve the aforementioned drawbacks by a brine treatment process comprising the steps of: subjecting a brine stream to a pretreatment by membrane separation designed to obtain a brine stream substantially free of divalent ions and a stream residual comprising an electrolytic solution; subject the brine stream obtained in the previous stage to a treatment by electrodialysis with bipolar membranes designed to obtain a stream of hydrochloric acid and a stream of sodium hydroxide, in addition to a stream of desalinated water.

Preferentemente, la corriente de salmueras procede de una planta desalinizadora y comprende la etapa previa de desalinización a partir de agua salobre, mediante tratamiento con membranas, produciendo esta etapa previa dicha corriente de salmueras. Preferably, the brine stream comes from a desalination plant and comprises the previous desalination stage from brackish water, by treatment with membranes, this prior stage producing said brine stream.

Preferentemente, la etapa de pretratamiento para la obtención de una corriente de salmueras sustancialmente libre de iones divalentes se realiza mediante separación por membranas de nano filtración. Preferably, the pretreatment step for obtaining a brine stream substantially free of divalent ions is performed by separation by nano filtration membranes.

En una realización particular, la etapa de obtención de una corriente de ácido clorhídrico y una corriente de hidróxido sódico mediante electrodiálisis con membranas bipolares se realiza mediante al menos una unidad formada por un primer compartimento de alimentación separado de un segundo compartimento de ácido mediante una membrana aniónica, y un tercer compartimento de base separado de dicho primer compartimiento de alimentación mediante una membrana catiónica, donde dicha unidad está delimitada por dos membranas bipolares que a su vez separan respectivamente el compartimento de base y el compartimiento de ácido, de un compartimento por el que circula la disolución electrolítica obtenida en dicha etapa de pretratamiento, estando el conjunto de membranas sometido a la influencia de un potencial eléctrico. In a particular embodiment, the step of obtaining a stream of hydrochloric acid and a stream of sodium hydroxide by electrodialysis with bipolar membranes is performed by at least one unit formed by a first feed compartment separated from a second acid compartment by a membrane anionic, and a third base compartment separated from said first feed compartment by means of a cationic membrane, wherein said unit is delimited by two bipolar membranes that in turn respectively separate the base compartment and the acid compartment, from a compartment by the circulating the electrolyte solution obtained in said pretreatment stage, the set of membranes being subjected to the influence of an electrical potential.

Preferentemente, la corriente de ácido clorhídrico obtenida tiene una concentración de ácido clorhídrico que varía entre un 2% y un 5% en peso. Preferably, the hydrochloric acid stream obtained has a concentration of hydrochloric acid ranging between 2% and 5% by weight.

Preferentemente, la corriente de hidróxido sódico obtenida tiene una concentración Preferably, the sodium hydroxide stream obtained has a concentration

de hidróxido sódico que varía entre un 1,5% y un 4% en peso. of sodium hydroxide that varies between 1.5% and 4% by weight.

En otro aspecto de la invención, se proporciona una disolución de ácido clorhídrico con una concentración entre un 2% y un 5% en peso y una disolución de hidróxido sódico con una concentración entre un 1,5% Y un 4% en peso, obtenidas mediante el proceso descrito anteriormente. In another aspect of the invention, there is provided a solution of hydrochloric acid with a concentration between 2% and 5% by weight and a solution of sodium hydroxide with a concentration between 1.5% and 4% by weight, obtained by the process described above.

El proceso aquí descrito supone un importante avance, puesto que se soluciona el problema de gestión de las salmueras al mismo tiempo que se obtiene una mejora en los costes globales del proceso. The process described here is an important step forward, since the problem of brine management is solved at the same time that an improvement in the overall costs of the process is obtained.

Otras ventajas de la invención se harán evidentes en la descripción siguiente. Other advantages of the invention will become apparent in the following description.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS BRIEF DESCRIPTION OF THE FIGURES

Con objeto de ayudar a una mejor comprensión de las características de la invención, de acuerdo con un ejemplo preferente de realización práctica del mismo, y para complementar esta descripción, se acompaña como parte integrante de la misma, un juego de dibujos, cuyo carácter es ilustrativo y no limitativo. En estos dibujos: In order to help a better understanding of the characteristics of the invention, in accordance with a preferred example of practical realization thereof, and to complement this description, a set of drawings is attached as an integral part thereof, whose character is Illustrative and not limiting. In these drawings:

La figura 1 muestra un diagrama de flujo global del proceso, de acuerdo con una realización de la invención. Figure 1 shows a global flow chart of the process, according to an embodiment of the invention.

La figura 2 muestra un esquema del proceso según una posible realización de la invención. Figure 2 shows a scheme of the process according to a possible embodiment of the invention.

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

En este texto, el término "comprende" y sus variantes no deben entenderse en un sentido excluyente, es decir, estos términos no pretenden excluir otras características técnicas, aditivos, componentes o pasos. In this text, the term "comprises" and its variants should not be understood in an exclusive sense, that is, these terms are not intended to exclude other technical characteristics, additives, components or steps.

Además, los ténninos "aproximadamente", "sustancialmente", "alrededor de", "unos", etc. deben entenderse como indicando valores próximos a los que dichos ténninos acompañen, ya que por errores de cálculo o de medida, resulte imposible conseguir esos valores con total exactitud. In addition, the "approximately", "substantially", "around", "ones", etc. they should be understood as indicating values close to those mentioned by those tenors, since due to calculation or measurement errors, it is impossible to achieve those values with complete accuracy.

Las salmueras procedentes de la desalación de agua son corrientes residuales del proceso de obtención de agua desalada, con una concentración en sales que aproximadamente duplica a la concentración en sales del agua de partida. En las plantas costeras las salmueras se vierten directamente al mar, mientras que en las plantas interiores condicionan el emplazamiento de las mismas, debido a la necesidad de almacenamiento de las salmueras. Brines from water desalination are residual streams from the process of obtaining desalinated water, with a concentration in salts that approximately doubles the concentration in salts of the starting water. In the coastal plants the brines are poured directly into the sea, while in the interior plants they condition their location, due to the need for storage of the brines.

A su vez, por "agua salobre" se entiende aquella agua cuyo contenido de sales supera un detenninado umbral, por encima de 0,05% en peso, como es el caso de aguas subterráneas. El agua de mar, por su parte, suele tener un contenido en sales aproximadamente del 3% en peso. De acuerdo con esta composición del agua de partida, el contenido total en sales de las salmueras generadas durante el proceso de desalinización varía entre un 2% a un 8% en peso. In turn, "brackish water" means water whose salt content exceeds a threshold threshold, above 0.05% by weight, as is the case with groundwater. Seawater, meanwhile, usually has a salt content of approximately 3% by weight. According to this composition of the starting water, the total salt content of the brines generated during the desalination process varies between 2% to 8% by weight.

Las siguientes realizaciones preferidas se proporcionan a modo de ilustración, y no se pretende que sean limitativas de la presente invención. Además, la presente invención cubre todas las posibles combinaciones de realizaciones particulares y preferidas aquí indicadas. Para los expertos en la materia, otros objetos, ventajas y características de la invención se desprenderán en parte de la descripción y en parte de la práctica de la invención. The following preferred embodiments are provided by way of illustration, and are not intended to be limiting of the present invention. In addition, the present invention covers all possible combinations of particular and preferred embodiments indicated herein. For those skilled in the art, other objects, advantages and features of the invention will be derived partly from the description and partly from the practice of the invention.

A continuación se describe el proceso de tratamiento de salmueras procedentes de plantas desalinizadoras para la recuperación de ácidos y bases. En concreto, la invención se refiere a la obtención de ácido clorhídrico e hidróxido sódico a partir del agua de rechazo o salmuera procedente de la desalinización de aguas salobres. The process of treating brines from desalination plants for the recovery of acids and bases is described below. Specifically, the invention relates to obtaining hydrochloric acid and sodium hydroxide from rejection water or brine from the desalination of brackish water.

Como muestra el diagrama de flujo general del proceso, ilustrado en la figura 1, el proceso utiliza el agua de rechazo o salmuera (4) que es generada en la obtención de agua desalada (3) a partir de aguas salobres (1) mediante una etapa de desalinización (2). La salmuera (4) se somete a un pre-tratamiento (5) en el que se eliminan compuestos que puedan interferir en la calidad de los ácidos y bases finales, principalmente sales de calcio y magnesio y sulfatos (6). Esta corriente (6) se utilizará en la etapa principal de generación de ácido y base. Otros compuestos presentes en la salmuera (6) que puedan también interferir en la calidad de los ácidos y bases finales, tales como el estroncio o hierro, aparecen en una proporción inferior al 0,1% en peso, por 10 que su interferencia es mínima. El pre-tratamiento (5) comprende una o varias etapas de separación con membranas, no ilustradas de forma detallada en la figura 1, tras las que la salmuera ablandada (7) se somete al tratamiento principal (8) en el que se producen ácido clorhídrico, HCl, (9) e hidróxido sódico, NaOH, (lO) a partir de cloruro sódico, NaCl, principal componente de las salmueras. As the general flow diagram of the process, illustrated in Figure 1, shows, the process uses rejection or brine water (4) that is generated in obtaining desalinated water (3) from brackish water (1) by means of a desalination stage (2). The brine (4) is subjected to a pre-treatment (5) in which compounds that can interfere with the quality of the final acids and bases, mainly calcium and magnesium salts and sulfates (6) are eliminated. This stream (6) will be used in the main stage of acid and base generation. Other compounds present in the brine (6) that may also interfere with the quality of the acids and final bases, such as strontium or iron, appear in a proportion lower than 0.1% by weight, so that their interference is minimal . The pre-treatment (5) comprises one or several stages of membrane separation, not illustrated in detail in Figure 1, after which the softened brine (7) is subjected to the main treatment (8) in which acid is produced hydrochloric, HCl, (9) and sodium hydroxide, NaOH, (10) from sodium chloride, NaCl, the main component of brines.

La figura 2 ilustra el proceso de forma detallada. El proceso incorpora una serie de etapas de tratamiento adecuadamente interconectadas mediante las pertinentes conducciones y sistemas de bombeo. La corriente de agua salobre (11) se somete a una etapa de tratamiento con membranas convencional (12), que constituye la etapa de desalación principal. Un experto en la materia sabe que, dependiendo del tipo de agua salobre, esta etapa de tratamiento con membranas (12) puede ser por ósmosis inversa, por electrodiálisis, u otros. De aquí surgen dos corrientes: la corriente de agua desalinizada (11 '), que en función de su calidad puede usarse para diversos fines, tales como regadío o como agua potable, y la corriente de rechazo o salmuera (13). Figure 2 illustrates the process in detail. The process incorporates a series of stages of treatment properly interconnected by means of the relevant pipes and pumping systems. The brackish water stream (11) is subjected to a conventional membrane treatment stage (12), which constitutes the main desalination stage. One skilled in the art knows that, depending on the type of brackish water, this stage of treatment with membranes (12) can be by reverse osmosis, electrodialysis, or others. Hence two streams arise: the desalinated water stream (11 '), which depending on its quality can be used for various purposes, such as irrigation or drinking water, and the rejection or brine stream (13).

Dicha corriente de salmuera (13) se somete a un proceso de pre-tratamiento (14), puesto que contiene además de NaCl una elevada concentración en otras sales, principalmente de calcio y magnesio, y sulfatos, como se ha indicado en relación con la figura 1, de las cuales se quiere separar y recuperar el cloruro de sodio, NaCl, a partir del que se generan posterionnente las corrientes finales de ácido clorhídrico, Hel, e hidróxido sódico ,NaOH. Los iones divalentes (tales como calcio, magnesio y sulfatos) además de disminuir la pureza de los productos recuperados pueden fonnar sales incrustantes y provocar fenómenos de ensuciamiento en la etapa de obtención de Hel y NaOH en caso de no ser eliminadas. Por ello, se deben eliminar iones divalentes tales como calcio, magnesio y sulfatos principalmente. Said brine stream (13) is subjected to a pre-treatment process (14), since it also contains in addition to NaCl a high concentration in other salts, mainly calcium and magnesium, and sulfates, as indicated in relation to the Figure 1, from which it is desired to separate and recover the sodium chloride, NaCl, from which the final streams of hydrochloric acid, Hel, and sodium hydroxide, NaOH are subsequently generated. Divalent ions (such as calcium, magnesium and sulfates), in addition to decreasing the purity of the recovered products, can cause scaling salts and cause fouling phenomena in the stage of obtaining Hel and NaOH if they are not eliminated. Therefore, divalent ions such as calcium, magnesium and sulfates should be eliminated mainly.

La etapa de pretratamiento (14) utilizada para eliminar estas sales está basada en una filtración con membranas (15). Preferentemente se utilizan membranas comerciales de nanofiltración. Las membranas (15) de esta etapa tienen como característica principal que son capaces de pennear iones monovalentes y rechazar iones divalentes, debido a que tienen un tamaño de poro del orden de 1 nm y están cargadas eléctricamente. De esta fonna, los iones calcio, magnesio y sulfato (divalentes) son eliminados (17) de la salmuera (16). En concreto, esta etapa de pretratamiento (14) da como resultado una corriente de salmuera sustancialmente sin sales incrustantes (16), que también se conoce como corriente de salmuera blanda, y una disolución electrolítica (17) rica en sulfatos principalmente. La etapa de pretratamiento (14) puede estar fonnada por uno o más módulos basados en estas membranas (15). La disposición concreta de módulos de membranas (15) depende de varios aspectos, tales como el caudal de alimentación, la composición de la salmuera a tratar y la calidad de la salmuera que se quiere obtener, principalmente. La corriente de salmuera (16), cuyo componente mayoritario es NaCl, pasa a la etapa siguiente (18) en la que se obtienen las corrientes ácida y básica. The pretreatment stage (14) used to remove these salts is based on a membrane filtration (15). Commercial nanofiltration membranes are preferably used. The membranes (15) of this stage have as their main characteristic that they are capable of penetrating monovalent ions and rejecting divalent ions, because they have a pore size of the order of 1 nm and are electrically charged. In this way, calcium, magnesium and sulfate (divalent) ions are removed (17) from the brine (16). In particular, this pretreatment step (14) results in a brine stream substantially without encrusting salts (16), which is also known as a soft brine stream, and an electrolyte solution (17) rich in sulfates primarily. The pretreatment stage (14) may be connected by one or more modules based on these membranes (15). The specific arrangement of membrane modules (15) depends on several aspects, such as the feed rate, the composition of the brine to be treated and the quality of the brine that is to be obtained, mainly. The brine stream (16), whose major component is NaCl, passes to the next stage (18) in which the acid and basic streams are obtained.

En la etapa (18) de obtención de ácido clorhídrico Hel e hidróxido sódico NaOH se utilizan preferentemente membranas monopolares catiónicas (23) y aniónicas (24) que se colocan junto con membranas que combinan los dos tipos, llamadas bipolares (22), en series alternativas trabajando bajo la influencia de un potencial eléctrico. Para generar este potencial eléctrico el conjunto de membranas (22,23,24) se coloca entre dos electrodos, cátodo (25) y ánodo (26), unidos a una fuente de potencia (no ilustrada en la figura 2). Las membranas llamadas bipolares (22), que combinan una membrana aniónica y otra catiónica, están diseñadas para generar iones hidroxilo y protones a partir de moléculas de agua mediante la disociación de dichas moléculas en presencia de un potencial eléctrico. La figura 2 ilustra una posible realización, con una configuración de tres compartimentos: de alimentación (20), de ácido (21) y de base (19). En la realización de la figura 2 esta configuración de tres compartimentos se implementa dos veces, constituyendo 2 unidades de repetición. Cada unidad de repetición está formada por el conjunto de membranas bipolar (22), catiónica (23) y aniónica (24), estando delimitada por las membranas bipolares (22). El número de unidades de repetición puede aumentarse para mejorar la eficacia de separación. De acuerdo con la configuración representada en la figura 2, la corriente de salmuera sustancialmente exenta de sales incrustantes (16) se hace pasar por el compartimento de alimentación (20) entre las membranas catiónica (23) yaniónica (24). Los cationes sodio atraviesan la membrana catiónica (23) hacia el compartimento de base, delimitado por esta membrana (23) y por la membrana bipolar (22) dispuesta con su cara catiónica hacia el cátodo (25) para generar iones hidroxilo que se combinan con los cationes sodio, formándose hidróxido sódico (29). A su vez, los aniones cloruro atraviesan la membrana aniónica (24) y pasan al compartimento de ácido (21), delimitado por esta membrana (24) y por la membrana bipolar (22) dispuesta con su cara aniónica hacia el ánodo (26) para generar protones que se combinan con los aniones cloruro, formándose ácido clorhídrico (28). De esta forma la corriente de salmuera (16) se convierte en una corriente de agua desalinizada (30) que puede ser vertida directamente sin efectos medioambientales adversos. In the step (18) of obtaining Hel hydrochloric acid and NaOH sodium hydroxide, cationic (23) and anionic (24) monopolar membranes are preferably used which are placed together with membranes that combine the two types, called bipolar (22), in series alternatives working under the influence of an electric potential. To generate this electrical potential, the membrane assembly (22,23,24) is placed between two electrodes, cathode (25) and anode (26), connected to a power source (not illustrated in Figure 2). Membranes called bipolar (22), which combine an anionic membrane and a cationic membrane, are designed to generate hydroxyl ions and protons from water molecules by dissociating said molecules in the presence of an electrical potential. Figure 2 illustrates a possible embodiment, with a three compartment configuration: feed (20), acid (21) and base (19). In the embodiment of Figure 2 this three compartment configuration is implemented twice, constituting 2 repeating units. Each repeating unit is formed by the set of bipolar (22), cationic (23) and anionic (24) membranes, being delimited by bipolar membranes (22). The number of repeat units can be increased to improve separation efficiency. In accordance with the configuration shown in Figure 2, the brine stream substantially free of encrusting salts (16) is passed through the feed compartment (20) between the cationic and anionic membranes (23) and (24). Sodium cations cross the cationic membrane (23) into the base compartment, delimited by this membrane (23) and by the bipolar membrane (22) arranged with its cationic face towards the cathode (25) to generate hydroxyl ions that combine with sodium cations, forming sodium hydroxide (29). In turn, the chloride anions cross the anionic membrane (24) and pass into the acid compartment (21), delimited by this membrane (24) and by the bipolar membrane (22) arranged with its anionic face towards the anode (26) to generate protons that combine with chloride anions, forming hydrochloric acid (28). In this way the brine stream (16) becomes a stream of desalinated water (30) that can be directly discharged without adverse environmental effects.

Las membranas bipolares (22) se encuentran situadas frente a los electrodos delimitando un compartimento (27) por el que circula la disolución electrolítica (17) procedente de la etapa de pretratamiento (14). Esta disolución (17) se caracteriza por contener iones que favorecen la generación del potencial eléctrico, pero por la disposición de las membranas (22) estos iones no llegan al compartimento de la base The bipolar membranes (22) are located in front of the electrodes delimiting a compartment (27) through which the electrolytic solution (17) from the pretreatment stage (14) circulates. This solution (17) is characterized by containing ions that favor the generation of electrical potential, but by the arrangement of the membranes (22) these ions do not reach the base compartment

(19) ni al compartimento del ácido (21). Por tanto, la corriente residual (17) generada en la etapa (14) como resultado del proceso de pretratamiento de la salmuera, rica en sulfatos principalmente, puede ser utilizada como disolución electrolítica (17). (19) or the acid compartment (21). Therefore, the residual current (17) generated in step (14) as a result of the brine pretreatment process, mainly sulfate rich, can be used as an electrolytic solution (17).

El sistema dispone de una purga (31) para vaciar el compartimento electrolítico cuando sea necesario. Esta corriente de purga (31) rica en sulfatos puede ser vertida directamente sin efectos adversos, y en caso de que fuese necesario, por especial sensibilidad del medio receptor, puede ser diluída mediante mezcla con la corriente (30). The system has a purge (31) to empty the electrolyte compartment when necessary. This purge stream (31) rich in sulfates can be directly discharged without adverse effects, and if necessary, by special sensitivity of the receiving medium, can be diluted by mixing with the stream (30).

De esta forma, las corrientes principales de salida del proceso global son la corriente de agua desalinizada (30), la corriente de ácido clorhídrico (28) y la corriente de hidróxido sódico (29). Gracias a la configuración descrita, se obtiene una corriente de ácido clorhídrico (28) con una concentración que varía entre un 2% y un 5% en peso y una corriente de hidróxido sódico (29) con una concentración que varía entre un 1,5% y un 4% en peso. In this way, the main outflows of the global process are the desalinated water stream (30), the hydrochloric acid stream (28) and the sodium hydroxide stream (29). Thanks to the described configuration, a stream of hydrochloric acid (28) is obtained with a concentration that varies between 2% and 5% by weight and a stream of sodium hydroxide (29) with a concentration that varies between 1.5 % and 4% by weight.

Preferentemente, la corriente ácida de HCl se utiliza en el proceso de desalación para mejorar la cloración y reducir el riesgo de precipitación de bicarbonatos. La corriente básica de NaOH se utiliza preferentemente en limpiezas químicas y para corrección de pH en agua de producto. Como se ha mencionado en el estado de la técnica, actualmente se utiliza más el ácido sulfúrico por ser más barato, pero favorece la aparición de fenómenos de ensuciamiento como el fouling, disminuyendo la eficacia de los procesos de limpieza. Por esta razón, la obtención de ácido clorhídrico diluido como subproducto del proceso supone una mejora tanto desde el punto de vista técnico como económico. Además de la reutilización de estas corrientes en el propio proceso de desalación, estos productos pueden ser utilizados en otros procesos de tratamiento de aguas o en la producción de agentes de limpieza genéricos. Preferably, the acidic HCl stream is used in the desalination process to improve chlorination and reduce the risk of bicarbonate precipitation. The basic NaOH stream is preferably used in chemical cleaning and for pH correction in product water. As mentioned in the state of the art, sulfuric acid is currently used more for being cheaper, but it favors the appearance of fouling phenomena such as fouling, reducing the efficiency of cleaning processes. For this reason, obtaining diluted hydrochloric acid as a byproduct of the process is an improvement both from a technical and economic point of view. In addition to the reuse of these currents in the desalination process itself, these products can be used in other water treatment processes or in the production of generic cleaning agents.

El proceso descrito en la presente invención es aplicable, entre otras, en las plantas de desalinización costeras, en que las salmueras se vierten habitualmente directamente al mar, y en las plantas interiores de desalinización, cuyas salmueras condicionan el emplazamiento de las mismas, debido a la necesidad de almacenamiento de las salmueras. El proceso aquí descrito supone por tanto un avance tanto desde el punto de vista medioambiental como del económico, por la posibilidad de aprovechamiento de productos. The process described in the present invention is applicable, among others, in coastal desalination plants, in which brines are usually dumped directly into the sea, and in interior desalination plants, whose brines condition their location, due to The need for brine storage. The process described here is therefore an advance both from an environmental and economic point of view, due to the possibility of using products.

En suma, el proceso integrado de obtención de ácidos y bases a partir de las salmueras generadas en procesos de desa1ación, de la invención, constituye una evidente novedad dentro de su campo de aplicación ya que consigue solucionar, por ejemplo, el problema medioambiental y logístico asociado a la gestión de estas salmueras mediante inyección en profundidad o evaporación, al mismo tiempo que constituye una ventaja en el balance global de costes del proceso puesto que los ácidos y bases obtenidos son reutilizables dentro del proceso global y/o comercializab1es. In sum, the integrated process of obtaining acids and bases from the brines generated in desalination processes, of the invention, is an obvious novelty within its field of application since it manages to solve, for example, the environmental and logistical problem associated to the management of these brines by deep injection or evaporation, at the same time that it constitutes an advantage in the overall balance of process costs since the acids and bases obtained are reusable within the global process and / or marketable.

A continuación se describe un ejemplo experimental de proceso de obtención de ácido clorhídrico e hidróxido sódico, de acuerdo con la realización descrita: An experimental example of the process for obtaining hydrochloric acid and sodium hydroxide is described below, in accordance with the described embodiment:

Descripción de un modo de realización Description of an embodiment

Las condiciones de operación y los resultados obtenidos en una variante de interés de la invención se describen a modo de ejemplo a continuación: The operating conditions and the results obtained in a variant of interest of the invention are described by way of example below:

Se trata una salmuera procedente de una planta desa1adora que utiliza la ósmosis inversa como tecnología de desa1ación. Esta salmuera o agua de rechazo tiene un contenido total en sales de 6,5% en peso, del cual 5,6% es cloruro sódico, siendo su composición mayoritaria: 34,9 giL cloruros, 5,3 giL sulfato, 2,5 giL magnesio, 1 giL calcio. Esta salmuera se somete a una etapa de pretratamiento por nanofiltración, utilizándose una membrana comercial de po1iamida con una temperatura máxima de operación de 45°C y una presión máxima de operación de 41 bares. El pretratamiento por nanofiltración se realiza a una presión de 10 bares y a una temperatura constante de 20°C. Con estas condiciones se alcanza un rechazo de sulfato del 95%, rechazo de A brine from a desalination plant that uses reverse osmosis as a desalination technology is treated. This brine or rejection water has a total salt content of 6.5% by weight, of which 5.6% is sodium chloride, with its majority composition being: 34.9 giL chlorides, 5.3 giL sulfate, 2.5 giL magnesium, 1 giL calcium. This brine is subjected to a nanofiltration pretreatment stage, using a commercial polyamide membrane with a maximum operating temperature of 45 ° C and a maximum operating pressure of 41 bar. The pretreatment by nanofiltration is carried out at a pressure of 10 bars and at a constant temperature of 20 ° C. Under these conditions a sulfate rejection of 95% is achieved, rejection of

calcio del 80% y rechazo de magnesIO del 53%. El rechazo de cloruros es de 80% calcium and 53% magnesium rejection. Chloride rejection is from

solamente un 5%. Only 5%.

Por tanto, tras la etapa de pretratamiento la salmuera ablandada tiene un contenido Therefore, after the pretreatment stage the softened brine has a content

5 total en sales de un 5,34% en peso, del cual 5,3% es cloruro sódico. Con esta salmuera ablandada se lleva a cabo la etapa de obtención de ácidos y bases. Para ello se utilizan membranas catiónicas, aniónicas y bipolares comerciales, dispuestas en dos unidades de repetición según se ha detallado en la Figura 2. El modo de trabajo del sistema es en recirculación de modo que tras un periodo de tratamiento de entre 4 Total in salts of 5.34% by weight, of which 5.3% is sodium chloride. With this softened brine, the step of obtaining acids and bases is carried out. For this, commercial cationic, anionic and bipolar membranes are used, arranged in two repeating units as detailed in Figure 2. The working mode of the system is in recirculation so that after a treatment period of between 4

la y 6 horas, trabajando a una densidad de corriente de entre 800 y 1000 Nm2 se obtiene una corriente de ácido clorhídrico 3,25% en peso y una corriente de hidróxido sódico de 1,9% en peso. La corriente de agua desalinizada resultante tiene un contenido en sales de aproximadamente 0,5% en peso, contenido correspondiente al agua salobre de entrada al proceso global. At 6 hours, working at a current density of between 800 and 1000 Nm2, a current of 3.25% hydrochloric acid by weight and a sodium hydroxide stream of 1.9% by weight are obtained. The resulting desalinated water stream has a salt content of approximately 0.5% by weight, corresponding to the brackish water entering the global process.

Claims (7)

REIVINDICACIONES 1. Un proceso de tratamiento de salmueras caracterizado por las etapas de: 1. A brine treatment process characterized by the stages of:
--
someter una corriente de salmueras (4, 13) a un pretratamiento (5, 14) mediante separación por membranas (15) diseñado para obtener una corriente de salmueras sustancialmente libre de iones divalentes (7, 16) Y una corriente residual que comprende una disolución electrolítica (6,17); subjecting a brine stream (4, 13) to a pretreatment (5, 14) by membrane separation (15) designed to obtain a brine stream substantially free of divalent ions (7, 16) and a residual stream comprising a solution electrolytic (6.17);
--
someter la corriente de salmueras (7, 16) obtenida en la etapa anterior a un tratamiento (8, 18) mediante electrodiálisis con membranas bipolares diseñado para obtener una corriente de ácido clorhídrico (9, 28) Y una corriente de hidróxido sódico (10, 29), además de una corriente de agua desalinizada (30). subject the brine stream (7, 16) obtained in the previous stage to a treatment (8, 18) by electrodialysis with bipolar membranes designed to obtain a hydrochloric acid stream (9, 28) and a stream of sodium hydroxide (10, 29), in addition to a stream of desalinated water (30).
2. 2.
El proceso de la reivindicación 1, donde dicha corriente de salmueras (4, 13) procede de una planta desalinizadora y comprende la etapa previa de obtención de agua desalinizada (3, 11 ') a partir de agua salobre (1, 11), mediante tratamiento con membranas (2, 12), produciendo esta etapa previa dicha corriente de salmueras (4, 13). The process of claim 1, wherein said brine stream (4, 13) comes from a desalination plant and comprises the previous stage of obtaining desalinated water (3, 11 ') from brackish water (1, 11), by membrane treatment (2, 12), this previous stage producing said brine stream (4, 13).
3. 3.
El proceso de cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde dicha etapa de pretratamiento (5, 14) para la obtención de una corriente de salmueras sustancialmente libre de iones divalentes (7, 16) se realiza mediante separación por membranas de nanofiltración (15). The process of any of the preceding claims, wherein said pretreatment step (5, 14) for obtaining a brine stream substantially free of divalent ions (7, 16) is carried out by separation by nanofiltration membranes (15).
4. Four.
El proceso de cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde dicha etapa (8, 18) de obtención de una corriente de ácido clorhídrico (9, 28) Y una corriente de hidróxido sódico (10, 29) mediante electrodiálisis con membranas bipolares se realiza mediante al menos una unidad formada por un primer compartimento de alimentación (20) separado de un segundo compartimento de ácido (21) mediante una membrana aniónica (24), Y un tercer compartimento de base (19) separado de dicho primer compartimiento de alimentación (20) mediante una membrana catiónica The process of any of the preceding claims, wherein said step (8, 18) of obtaining a stream of hydrochloric acid (9, 28) and a stream of sodium hydroxide (10, 29) by electrodialysis with bipolar membranes is carried out by less a unit formed by a first feed compartment (20) separated from a second acid compartment (21) by an anionic membrane (24), and a third base compartment (19) separated from said first feed compartment (20) by a cationic membrane
(23), donde dicha unidad está delimitada por dos membranas bipolares (22) que a su vez separan respectivamente el compartimento de base (19) y el compartimiento de ácido (21), de un compartimento (27) por el que circula la disolución electrolítica (6, 17) obtenida en dicha etapa de pretratamiento (5, 14), estando el conjunto de (23), where said unit is bounded by two bipolar membranes (22) which in turn separate the base compartment (19) and the acid compartment (21), respectively, from a compartment (27) through which the solution circulates electrolytic (6, 17) obtained in said pretreatment stage (5, 14), the whole being 5 membranas sometido a la influencia de un potencial eléctrico (25, 26). 5 membranes subjected to the influence of an electrical potential (25, 26).
5. El proceso de cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde dicha corriente de ácido clorhídrico obtenida (9, 28) tiene una concentración de ácido clorhídrico que varía entre un 2% y un 5% en peso. 5. The process of any of the preceding claims, wherein said hydrochloric acid stream obtained (9, 28) has a concentration of hydrochloric acid ranging between 2% and 5% by weight. 6. El proceso de cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde dicha corriente de hidróxido sódico obtenida (10, 29) tiene una concentración de hidróxido sódico que varía entre un 1,5% y un 4% en peso. 6. The process of any of the preceding claims, wherein said stream of sodium hydroxide obtained (10, 29) has a concentration of sodium hydroxide ranging between 1.5% and 4% by weight. 15 7. Una disolución de ácido clorhídrico (9, 28) con una concentración entre un 2% y un 5% en peso, obtenida mediante el proceso de cualquiera de las reivindicaciones 1 a6. A solution of hydrochloric acid (9, 28) with a concentration between 2% and 5% by weight, obtained by the process of any one of claims 1 to 6. 8. Una disolución de hidróxido sódico (10, 29) con una concentración entre un 1,5% 8. A solution of sodium hydroxide (10, 29) with a concentration between 1.5% 20 y un 4% en peso, obtenida mediante el proceso de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6. 20 and 4% by weight, obtained by the process of any of claims 1 to 6.
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