ES2547472B2 - Desalinización renovable de salmueras - Google Patents

Abstract

Se divulgan sistemas y procesos de separación que utilizan sistemas de membrana dirigidos por ósmosis y generalmente involucran la extracción de solvente de una primera solución para concentrar el soluto utilizando una segunda solución concentrada para extraer el solvente de la primera solución a través de una membrana semipermeable; estos sistemas y procesos involucran la integración de los sistemas de membrana accionados de manera osmótica, tal como ósmosis forzada, con fuentes de energía renovable, tales como plantas de energía térmica solar o instalaciones geotérmicas para la recuperación de los solutos de extracción.

Description

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acufferos salobres y aguas de superficie, pero estan plagadas con el problema de que hacer con el concentrado que se produce. La devolution del concentrado a un cuerpo salino, tal como un mar u oceano, no es practico.

Los recursos geotermicos de baja entalpfa proporcionan fluidos geotermicos a temperaturas de 150°C y por debajo; sin embargo, esto es una generalization, ya que definiciones industriales no son consistentes. Estos recursos son menores a lo ideal para la generation de energfa electrica, debido a que la baja temperatura del calor disponible tiene como resultado una baja eficiencia termodinamica y un costo de capital relativamente alto, y dichos sistemas probablemente utilizarfan un Ciclo Rankine Organico. Sin embargo, estos estan disponibles en pozos relativamente superficiales en muchas regiones donde recursos de entalpfa superior no estan disponibles.

El uso de la energfa electrica depende de la region. Pero en muchas regiones aridas se consume una cantidad significativa de energfa ya sea directamente para la desalinizacion o indirectamente como una reduction en la salida de la planta de energfa debido a la adicion de una contrapresion en la turbina de vapor o extraction de vapor de presion superior de una turbina de vapor, por ejemplo en una Planta de Energfa y Agua Integrada que utiliza MSF o MED u SWRO.

Por lo tanto, resulta atractivo utilizar recursos geotermicos de baja entalpfa para desalinizar agua directamente y evitar ineficiencias significativas en la generacion de energfa electrica y perdidas de transmision, de esta manera reduciendo la generacion de gases de invernadero (GHGs) y desplazando el consumo de combustible fosil. En el caso de productores de combustible fosil, este consumo desplazado representa el ingreso de exportation potencial. En el contexto de los recursos renovables de energfa para desalinizacion FO, los recursos geotermicos son muy deseables ya que no estan sujetos a variaciones diurnas o climaticas, lo cual puede negar la necesidad de almacenar calor y puede permitir una operation constante de la desalinizacion.

El uso de recursos geotermicos para la desalinizacion del agua ya se habfa propuesto antes. Bechtel propuso una planta de agua y energfa combinada en los 60's. El Departamento de los Estados Unidos de Reclamation construyo una planta en Holtville en 1972. Esto fue

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probablemente con un recurso de entalpfa superior. En Francia y Tunez se han instalado dos plantas pequenas utilizando evaporadores y condensadores de polipropileno con rangos de temperatura de operation de 60 a 90°C. Una planta MED Alpha Laval de dos etapas que opera a 61°C fue el proyecto piloto en la Isla Griega de Kimolos con una capacidad de production de 80 m3/dfa. Parece no haber ejemplos de desalinizacion geotermica de baja entalpfa de una escala mayor que la planta piloto o instalaciones con una alta eficiencia (con un numero significativo de efecto). En general, MED es una tecnologfa obvia de option para acoplarse a recursos geotermicos de baja entalpfa. En general, MSF requiere una temperatura de entrada termica muy alta para obtener un numero suficiente de etapas para lograr una relation de rendimiento efectiva, debido a la termodinamica adversa en comparacion con MED.

Tambien vale la pena observar que a las temperaturas disponibles en tecnicas del sistema de baja entalpfa, tal como la compresion termica de vapor (TVC), la cual mejora la eficiencia del sistema, no son posibles sin una bomba de calor externa, lo cual serfa un consumidor significativo de energfa electrica importante o una fuente de calor de alta calidad. De manera similar, la compresion mecanica de vapor (MVC) utilizarfa una cantidad significativa de electricidad, lo cual puede negar los beneficios en el uso del recurso geotermico para desalinizar.

La necesidad y ocurrencia de la desalinizacion de agua de mar es mayor en regiones con alta irradiancia solar. De manera similar, muchas plantas solares en tierra estan ubicadas en regiones de alta irradiancia solar que con frecuencia son regiones aridas donde el acceso al agua es limitado, lo cual obstaculiza la operacion de la planta solar y crea una oportunidad para aligerar la escasez de agua local.

BREVE DESCRIPCION DE LA INVENCION

Aspectos de la invention generalmente se refieren a los sistemas y procesos de membrana de osmosis dirigida, incluyendo separation por osmosis forzada (FO), concentration osmotica directa (DOC), osmosis forzada asistida por presion (PAFO), y osmosis por presion retardada (PRO). De manera mas particular, la invencion se refiere a sistemas y metodos que integran fuentes de energfa renovable con los sistemas y procesos de membrana de osmosis dirigida (generalmente, ODMP).

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Generalmente, los sistemas aquf descritos son concentradores de salmuera termicamente accionados por otros tipos de ODMP que pueden recuperar cantidades significativas de concentrados salinos del agua. Los sistemas pueden producir agua dulce a partir del concentrado residual de SWRO, MED y MSF (o directamente desde otras fuentes de agua) y pueden reducir dramaticamente el volumen de agua requerido, por ejemplo, para una planta CSP. Esta agua ya ha sido tratada para alimentar la operation de desalinizacion corriente arriba, y la capacidad de la planta se puede incrementar con las estructuras de entrada y salida existentes, sin incrementar el costo del pre-tratamiento, convirtiendo un desperdicio en un producto valioso. Debido a que el ODMP es un proceso termicamente dirigido, este se integra bien con plantas termicas solares. Algunos recursos de calor pueden ser capturados desde plantas CSP con una inversion marginal muy pequena. Ademas, debido a que el ODMP puede ser dirigido por calor de bajo grado (baja temperatura), generadores de vapor solar y calentadores de agua solares proporcionan un enfoque de bajo costo para energizar la concentration de salmuera cuando la concentration de salmuera no esta co-ubicada con una planta CSP.

A continuation se describen los requerimientos CAPEX mfnimos estimados para proporcionar energfa termica a los sistemas divulgados para la concentracion de salmuera utilizando energfa tirada y Fluido de Transferencia de Calor (HTF) frfo como fuentes de energfa termica, tal como se analiza con mayor detalle a continuacion. Para una planta CSP de 50 MWe, un sistema de concentracion de salmuera de capacidad promedio de 1300 m3/dfa (0.34 MGD) virtualmente puede no ser un OPEX al utilizar la energfa tirada. Se puede capturar energfa termica adicional del HTF frfo por unicamente una inversion de CAPEX de ~$340/m3/dfa en el campo solar. Estas fuentes de energfa termicas no tienen costos por combustible y se pueden obtener con un OPEX marginal efectivamente cero. Los diversos sistemas en si mismos cuestan aproximadamente $2,500 por capacidad de m3/dfa para instalarse en el rango de capacidad de 3000 m3/dfa; sin embargo, estos costos pueden variar dependiendo de la aplicacion y el tamano y configuration general del sistema. El OPEX es mfnimo. Dentro de un periodo de depreciation de 25 anos del capital esto tiene como resultado un costo del agua en el rango de $0.75 a $1.

A diferencia de todas las otras tecnologfas de concentracion de salmuera, la presente invention tiene la capacidad inherente de almacenar la capacidad de desalinizacion. El proceso de

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osmosis forzada basico se describe en las diversas patentes y solicitudes de patente que se incorporan a continuation, pero la parte central para la production de agua dulce a partir de salmueras es el uso de una de solution de extraction que separa por osmosis el agua de las salmueras. A medida que la solucion de extraccion es reciclada en un ciclo de bucle cerrado, esta se puede acumular en la forma concentrada durante periodos donde la entrada de energfa termica es superior y es vaciada durante periodos de una entrada de energfa termica inferior. Por lo tanto, el proceso es inherentemente conveniente para acoplarse con entradas termicas intermitentes y variables, tal como aquellas encontradas con fuentes de energfa renovables.

Plantas CSP tfpicas utilizan un ciclo Rankine de vapor convencional. El vapor es condensado despues de salir de la turbina para mejorar la eficiencia de la turbina. Mientras mas baja es la temperatura a la que el calor es rechazado se incrementa la eficiencia del ciclo Rankine, conduciendo a una produccion electrica incrementada por unidad de entrada de calor a una temperatura de vapor de alimentation determinada. Es deseable utilizar torres de enfriamiento, ya que estas pueden proporcionar temperaturas inferiores que el enfriamiento en seco. Sin embargo, muchas plantas CSP estan, o estaran ubicadas en regiones aridas, donde el acceso a los recursos de agua es extremadamente limitado. El enfriamiento en seco con aire es una alternativa para enfriamiento con torres de enfriamiento que consumen agua. Sin embrago, el enfriamiento en seco puede reducir la produccion de electricidad por un 7% e incrementar el costo nivelado de la electricidad (LCOE) por un 10%.

La concentration de salmuera con los sistemas y procesos osmoticos divulgados es idealmente conveniente para reducir el consumo de agua de la torres de enfriamiento recapturando agua dulce para la formation de la torre de enfriamiento a partir de la purga de la torre de enfriamiento salina. Adicionalmente, en el caso donde las plantas CSP estan ubicadas cerca de las operaciones de produccion o minerfa de gas y petroleo, los sistemas y procesos osmoticos pueden ser utilizados para proporcionar agua dulce a los sistemas de enfriamiento de la planta CSP mediante la desalinizacion de aguas producidas salinas, fracturando el contra flujo del fluido o extrayendo los desechos. En estos casos, la implementation de la presente invention para proporcionar la oportunidad de un enfriamiento humedo podrfa reducir el LCOE por tanto como un 10%. El consumo de agua para el enfriamiento puede ser significativo: 710-950 USG/MVh. Las plantas CSP con frecuencia estan ubicadas en regiones aridas, de manera que la desalinizacion en sitio e integrada puede ser muy benefica al proporcionar una fuente de

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agua conveniente para una torre de enfriamiento y reutilizando la purga de la torre de enfriamiento.

En un aspecto, la invention se refiere a un sistema (y sus pasos del metodo correspondiente) para la extraction osmotica de un solvente de una primera solution. La primera solution puede incluir cualquiera de las fuentes de agua aquf divulgadas, incluyendo el solvente recuperado de cualquiera de esas fuentes para reutilizacion dentro del sistema/proceso. El sistema incluye una unidad de osmosis forzada incluyendo una primera camara que tiene una entrada acoplada de manera fluida a un fuente de la primera solucion, una segunda camara que tiene una entrada acoplada de manera fluida a una fuente de una solucion de extraccion concentrada, y un sistema de membrana semipermeable que separa la primera camara de la segunda camara y configurado para separar por osmosis el solvente de la primera solucion, formando asf una segunda solucion en la primera camara y una solucion de extraccion diluida en la segunda camara. El sistema tambien incluye una fuente de energfa termica a partir de una fuente de energfa renovable y un sistema de separation en comunicacion de fluido con la unidad de osmosis forzada y la fuente de energfa termica y configurada para separar la solucion de extraccion diluida en la solucion de extraccion concentrada y una corriente de solvente. El sistema de separacion incluye una primera entrada acoplada de manera fluida a una salida de la segunda camara de la unidad de osmosis forzada para recibir la solucion de extraccion diluida de la misma, una segunda entrada para recibir la fuente de energfa termica, una primera salida acoplada de manera fluida a la segunda camara de la unidad de osmosis forzada para introducir la solucion de extraccion concentrada a la unidad de osmosis forzada, y una segunda salida para emitir el solvente.

En diversas modalidades del aspecto anterior, la unidad de osmosis forzada incluye una pluralidad de sistemas de membrana semipermeable. La fuente de energfa renovable puede incluir una planta de energfa solar concentrada o un sistema geotermico. La fuente de energfa termica puede incluir al menos uno de calor residual, calor almacenado o una fuente de vapor. La fuente de calor residual puede incluir calor rechazado por una planta de energfa solar concentrada, por ejemplo, durante periodos de alta irradiancia solar. El calor almacenado puede incluir al menos uno de un fluido de transferencia de calor caliente, un fluido de transferencia de calor frfo, y/o una fuente de agua caliente de una planta de energfa solar concentrada u otra fuente geotermica. La fuente de vapor puede incluir al menos uno de una portion de la salida de

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vapor de un generador de vapor, un supercalentador solar, y/o un condensador de vapor, tal como pudiera estar disponible entre etapas de una turbina de vapor. En algunas modalidades, el sistema de separation incluye un modulo de destilacion, tal como una columna de destilacion y/o un modulo de destilacion de membrana; sin embargo, se divulgan otros tipos de sistemas de separacion en las aplicaciones incorporadas que se incorporan y consideran dentro del alcance de la invention.

En una o mas modalidades, la fuente de vapor esta directamente acoplada al modulo de destilacion a traves de, por ejemplo, cualquier plomerfa necesaria, valvulas, etc. En algunas modalidades, las otras fuentes de energfa termica son utilizadas para generar vapor para el sistema de separacion o de otra manera para proporcionar calor para metodos de recuperation de solution de extraction alternativos. En modalidades adicionales, los sistemas pueden incluir sistemas de pre-tratamiento y/o post-tratamiento en comunicacion de fluido con la fuente de energfa termica. En una modalidad, el sistema incluye un sistema de pre-tratamiento para acondicionar la primera solucion. En otra modalidad, el sistema incluye un sistema de post- tratamiento para acondicionar al menos una de la segunda solucion, la solucion de extraccion concentrada y/o el solvente. Ademas, el sistema puede incluir un sistema de almacenamiento osmotico para almenar la solucion de extraccion concentrada y el solvente que sale del sistema de separacion en el aislamiento fluido para posterior reintroduccion a la unidad de osmosis forzada como la primera solucion y la solucion de extraccion concentrada. El sistema puede ser operado para almacenar la capacidad de desalinizacion durante horas no pico (por ejemplo, un periodo de baja demanda de agua y/o energfa) y producir agua durante horas de demanda de agua y/o energfa pico.

En otro aspecto, la invencion se refiere a un metodo para extraer por osmosis un solvente de una primera solucion. El metodo incluye los pasos de proporcionar una unidad de osmosis forzada, acoplando de manera fluida un sistema de separacion con la unidad de osmosis forzada, e introducir una fuente de energfa termica desde una fuente de energfa renovable al sistema de separacion. La unidad de osmosis forzada incluye una primera camara que tiene una entrada acoplada de manera fluida a una fuente de la primera solucion, una segunda camara que tiene una entrada acoplada de manera fluida a una fuente de una solucion de extraccion concentrada, y un sistema de membrana semipermeable que separa la primera camara de la segunda camara y configurado para separar por osmosis el solvente de la primera

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solution, formando asf una segunda solution en la primera camara y una solution de extraction diluida en la segunda camara. El sistema de separation esta configurado para separar la solution de extraction diluida en la solution de extraction concentrada y una corriente de solvente e incluye una entrada acoplada de manera fluida a una salida de la segunda camara de la unidad de osmosis forzada para recibir la solution de extraction diluida de la misma, una primera salida acoplada de manera fluida a la segunda camara de la unidad de osmosis forzada para introducir la solution de extraction concentrada a la unidad de osmosis forzada, y una segunda salida para emitir el solvente.

En diversas modalidades del aspecto anterior, el paso de introducir una fuente de energfa termica incluye dirigir al menos uno del calor residual, calor almacenado o una fuente de vapor desde una planta de energfa solar concentrada al sistema de separation. Generalmente, el calor almacenado incluye al menos uno de un fluido de transferencia de calor caliente, un fluido de transferencia de calor frfo, /o una fuente de agua caliente desde una planta de energfa solar concentrada. En algunas modalidades, el sistema de separation incluye al menos un modulo de destilacion (por ejemplo, una columna de destilacion o un modulo de destilacion de membrana) y el paso de introducir una fuente de energfa termica incluye dirigir una fuente de vapor al modulo de destilacion. La fuente de vapor puede incluir al menos uno de una portion del vapor emitido desde un generador de vapor, un supercalentador solar, y/o un condensador de vapor. En modalidades adicionales, el paso de introducir una fuente de energfa termica incluye dirigir la fuente de energfa termica a un generador de vapor u otro intercambiador de calor para proporcionar vapor al sistema de separation. Ademas, el metodo puede incluir, introducir una portion de la fuente de energfa termica al menos a uno de un proceso de pre-tratamiento y/o post-tratamiento para acondicionar al menos una de la primera solution, la segunda solution y/o el solvente. En algunas modalidades, el metodo incluye los pasos de almacenar el solvente y la solution de extraction concentrada generada por el sistema de separation en aislamiento fluido para posterior reintroduccion a la unidad de osmosis forzada como la primera solution y la solution de extraction concentrada para desalinizacion adicional, por ejemplo, durante una demanda pico de agua y/o energfa.

En diversas modalidades de los aspectos anteriores, la solution de extraction concentrada incluye amoniaco y dioxido de carbono en una relation molar deseada de al menos uno a uno. Sin embargo, se tienen contempladas y se consideran dentro del alcance de la invention otras

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soluciones de extraction, incluyendo, por ejemplo, NaCI o cualquiera de las diversas soluciones de extraction alternativas, divulgadas en la Solicitud de Patente PCT/US13/69895 (la solicitud '895), presentada el 13 de Noviembre de 2013, cuya divulgation se incorpora aquf por referencia en su totalidad. Ademas, otros sistemas y metodos para separar y recuperar solutos de extraction y el solvente, tales como aquellos divulgados en la Solicitud '895, estan contemplados y se consideran dentro del alcance de la invention. Ademas, diversos sistemas de pre-tratamiento y post-tratamiento se pueden incorporar en los aspectos anteriores de la invention. Los sistemas de pre-tratamiento pueden incluir al menos una de una fuente de calor para precalentar la primera solution, medios para ajustar el pH de la primera solution, medios para desinfeccion (por ejemplo, qufmicos o UV), separation y clarification, un filtro u otro medio para filtrar la primera solution (por ejemplo, filtration de carbono o arena u osmosis inversa), medios para la adicion de polfmero, intercambio de iones, o medios para ablandar (por ejemplo, ablandamiento con cal) la primera solution. Los sistemas de post-tratamiento pueden incluir al menos uno de un sistema de osmosis inversa, un sistema de intercambio de iones, un segundo sistema de osmosis forzada, un sistema de destilacion, un pervaporador, un sistema de recompresion de vapor mecanico, un sistema de intercambio de calor, o un sistema de filtration.

Otros aspectos, modalidades y ventajas todavfa de estos aspectos y modalidades ejemplares se analizan a detalle a continuation. Ademas, se entendera que tanto la information anterior asf como la siguiente description detallada son simplemente ejemplos ilustrativos de los diversos aspectos y modalidades, y pretenden proporcionar una perspectiva general o marco para el entendimiento de la naturaleza y caracter de los aspectos y modalidades reclamadas. Por consiguiente, estos y otros objetivos, junto con las ventajas y caracterfsticas de la presente invention aquf divulgada, seran aparentes a traves de referencia a la siguiente description y los dibujos acompanantes. Ademas, se entendera que las caracterfsticas de las diversas modalidades aquf descritas no son mutuamente exclusivas y pueden existir en diversas combinaciones y permutaciones.

BREVE DESCRIPCION DE LAS FIGURAS

En los dibujos, caracteres de referencia similar generalmente se refieren a las mismas partes a traves de las diferentes vistas. Tambien, los dibujos no necesariamente estan a escala, sin embargo generalmente se puede poner enfasis en la ilustracion de los principios de la invention

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y no pretenden ser una definition de los limites de la invention. Para propositos de claridad, no se tiene que etiquetar cada componente en cada dibujo. En la siguiente description, diversas modalidades de la presente invention se describen con referencia a los siguientes dibujos, en los cuales:

La figura 1 es una representation esquematica de un sistema basico para extraction osmotica de un solvente de acuerdo con una o mas modalidades de la invention;

La figura 2 es una representation esquematica de una aplicacion del sistema de la figura 1 de acuerdo con una o mas modalidades de la invention;

La figura 3 es una representation pictorica de una configuration de planta CSP parabolica tfpica con un sistema de respaldo de encendido con combustible fosil;

La figura 4 es una representation pictorica de una configuration de planta CSP parabolica tfpica con almacenamiento termico;

La figura 5 es una representation grafica de calor residual tirado durante horas operativas pico;

La figura 6 es una representation grafica de un ejemplo del rendimiento de la planta CSP;

La figura 7 es una representation grafica de la energfa tirada para una planta ejemplar;

Las figuras 8A-8D son diagramas de bloques que ilustran las posibles configuraciones para integrar procesos de membrana dirigidos por osmosis con fuentes de energfa renovables; y La figura 9 es una representation esquematica del sistema de la figura 1 incorporado con diversas fuentes de calor para la recuperation y reciclado de solutos de extraction de acuerdo con una o mas modalidades de la invention.

DESCRIPCION DETALLADA DE LA INVENCION

De acuerdo con una o mas modalidades, un metodo osmotico basico para extraer agua de una solution acuosa generalmente puede involucrar la exposition de la solution acuosa a una primera superficie de una membrana de osmosis forzada. Una segunda solution, o solution de extraction, con una concentration incrementada con relation a aquella de la solution acuosa puede ser expuesta a una segunda superficie opuesta de la membrana de osmosis forzada. El agua puede entonces ser extrafda de la solution acuosa a traves de la membrana de osmosis forzada y puede ser puesta en la segunda solution, generando una solution enriquecida con agua mediante osmosis forzada, la cual utiliza las propiedades de transferencia de fluido que involucran el movimiento de una solution menos concentrada a una solution mas concentrada.

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La solution enriquecida con agua, tambien referida como una solution de extraction diluida, se puede recolectar en una primera salida y puede experimentar un proceso de separation adicional para producir agua purificada. Una segunda corriente de producto, es decir, una solution del proceso acuoso vaciada o concentrada, puede ser recolectada en una segunda salida para descarga o tratamiento adicional. De manera alternativa, los diversos sistemas y metodos aquf descritos se pueden llevar a cabo sin soluciones no acuosas.

De acuerdo con una o mas modalidades, un modulo de membrana de osmosis forzada puede incluir una o mas membranas de osmosis forzada. Las membranas de osmosis forzada generalmente pueden ser semipermeables, por ejemplo, permitiendo el paso de agua, pero excluyendo los solutos disueltos en la misma, tales como cloruro de sodio, carbonato de amonio, bicarbonato de amonio y carbamato de amonio. Muchos tipos de membranas semipermeables son convenientes para este proposito siempre y cuando tengan la capacidad para permitir el paso del agua (es decir, el solvente) mientras que se bloquea el paso de los solutos y no reacciona con los solutos en la solution.

De acuerdo con una o mas modalidades, se puede colocar al menos una membrana de osmosis forzada dentro de una carcasa o encerramiento. La carcasa generalmente se puede dimensionar y formar para acomodar las membranas ahf colocadas. Por ejemplo, la carcasa puede ser sustancialmente cilfndrica en caso que la carcasa devane en espiral las membranas de osmosis forzada. La carcasa del modulo puede contener entradas para proporcionar alimentation y soluciones de extraction al modulo asf como salidas para retirar corrientes de producto del modulo. En algunas modalidades, la carcasa puede proporcionar al menos un deposito o camara para mantener o almacenar un fluido que se va a introducir en el modulo o que se va a retirar del mismo. En al menos una modalidad, la carcasa puede estar aislada. En otras modalidades todavfa, las membranas se pueden alojar dentro de una placa y modulo tipo armazon. Ademas, las membranas o modulos de membrana se pueden sumergir dentro de un deposito que mantiene ya sea la primera solution o la segunda solution.

De acuerdo con una o mas modalidades, los solutos de extraction pueden ser recuperados para reutilizacion. Ejemplos de procesos de recuperation de solutos de extraction se describen en la publication de Patente de los Estados Unidos Numero 2012/0067819 (la Publication '819), cuya divulgation se incorpora aquf por referencia en su totalidad o la solicitud '895. Un

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sistema de separation puede separar los solutos de la solution de extraction diluida para producir agua de producto sustancialmente libre de los solutos. El sistema de separation puede incluir una columna de destilacion u otro mecanismo de recuperation termica o mecanica. Los solutos de extraction entonces pueden ser devueltos, tal como mediante un sistema de reciclado, a la solution de extraction concentrada. Por ejemplo, los solutos gaseosos pueden ser condensados o absorbidos para formar una solution de extraction concentrada. Un absorbedor puede utilizar solution de extraction diluida como un absorbente. En otras modalidades, el agua de producto puede ser utilizada como un absorbente, para toda o una parte de la absorcion de las corrientes de gas de un sistema de reciclado de solutos. Ademas, el gas y/o calor producido como parte de un proceso de tratamiento de agua residual puede ser utilizado en el proceso de recuperation del soluto de extraction.

De acuerdo con una o mas modalidades, la primera solution puede ser cualquier solution acuosa o solvente que contenga uno o mas solutos para los cuales se desee la separation, por purification u otro tratamiento. En algunas modalidades, la primera solution puede ser agua no potable, tal como agua de mar, agua salada, agua salobre, aguas grises o alguna agua industrial. Una corriente del proceso que se va a tratar puede incluir sales y otras especies ionicas tales como cloruro, sulfato, bromuro, silicato, yoduro, fosfato, sodio, magnesio, calcio, potasio, nitrato, arsenico, litio, boro, estroncio, molibdeno, manganeso, aluminio, cadmio, cromo, cobalto, cobre, hierro, plomo, nfquel, selenio, plata y zinc. En algunos ejemplos, la primera solution puede ser salmuera tal como agua salada, agua de mar, agua residual u otra agua contaminada. La primera solution puede ser entregada a un sistema de tratamiento de membrana de osmosis forzada a partir de la operation de una unidad corriente arriba, tal como una instalacion industrial o planta de generation de energfa, o cualquier otra fuente tal como el oceano. La segunda solution puede ser una solution de extraction que contenga una concentration superior de soluto con relation a la primera solution. Se puede utilizar una amplia variedad de soluciones de extraction. Por ejemplo, la solution de extraction puede comprender una solution de sal termolftica. En algunas modalidades, se puede utilizar una solution de extraction de amoniaco y dioxido de carbono, tal como aquellas divulgadas en la Publication de Patente de los Estados Unidos Numero 2005/0145568, cuya divulgation se incorpora aquf por referencia en su totalidad. En una modalidad, la segunda solution puede ser una solution concentrada de amoniaco y dioxido de carbono. En al menos una modalidad, la solution de extraction puede comprender amoniaco y dioxido de carbono en una relation molar

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mayor que 1 a 1.

De acuerdo con una o mas modalidades, un proceso de separation de osmosis forzada puede comprender: introducir una primera solution en un primer lado de una membrana semipermeable, detectar al menos una caracterfstica de la primera solucion, seleccionar una relation molar para una solucion de extraction concentrada que comprende dos o mas especies de soluto (por ejemplo, amoniaco y dioxido de carbono y sus especies asociadas) con base en al menos una caracterfstica detectada, introducir la solucion de extraccion concentrada a la relacion molar seleccionada en un segundo lado de la membrana semipermeable para mantener un gradiente de concentration osmotico deseado a traves de la membrana semipermeable, promover el flujo de al menos una parte de la primera solucion a traves de la membrana semipermeable para formar una segunda solucion en el primer lado de la membrana semipermeable y una solucion de extraccion diluida en el segundo lado de la membrana semipermeable, introducir al menos una parte de la solucion de extraccion diluida a una operacion de separacion para recuperar solutos de extraccion y una corriente de solvente, reintroducir los solutos de extraccion al segundo lado de la membrana semipermeable para mantener las concentraciones y la relacion molar seleccionadas de las especies de soluto en la solucion de extraccion concentrada, y recolectar la corriente de solvente.

De acuerdo con una o mas modalidades, diversos sistemas y metodos de membrana dirigidos por osmosis se pueden integrar con sistemas mas grandes. En algunas modalidades, los sistemas y metodos se pueden integrar con diversas fuentes de calor y sistemas de agua. En al menos una modalidad, se puede alimentar una solucion de extraccion en el interior de los tubos asociados con un condensador. En algunas modalidades, se puede utilizar agua caliente de debajo del suelo en un recalentador. En otras modalidades, se puede utilizar calor geotermico, agua residual de fuentes industriales, colectores solares, sal fundida, o calor residual en un sistema de almacenamiento termico. En otras modalidades todavfa, se pueden implementar generadores de diesel.

Los sistemas de membrana dirigidos por osmosis aquf analizados se pueden integrar con diversas fuentes de energfa renovables, tales como recursos geotermicos de bajo grado (y superior), calentadores de agua solares de bajo costo, generadores de vapor solares de bajo costo, calor residual industrial tal como gases de escape, condensadores, etc., y se pueden

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utilizar para las siguientes aplicaciones: tratamiento de agua producida (aguas co-producidas con la production de gas y petroleo); aguas residuales de minerfa, production de agua a partir de concentrados de plantas SWRO, MED, MSF y otras plantas de desalinizacion de agua de mar; administration del concentrado de la planta de agua salobre terrestre (y otra), en particular BWRO; tratamiento de aguas residuales industriales, incluyendo, pero no limitado a, purga de torre de enfriamiento, purga de calentador, agua residual de proceso; reutilizacion de aguas residuales industriales; recuperation de salmuera en general; produccion de agua potable municipal distribuida a pequena escala; produccion de agua potable en general; produccion de agua para usos agrfcolas y/o de acuicultura; tratamiento de purga de torre de enfriamiento o purga de condensado especfficamente relacionado con la produccion de energfa en una planta CSP; y el aprovisionamiento de agua de enfriamiento, agua de lavado, formation de vapor u otra agua de utilidad para un calentamiento solar, generation de vapor solar o planta de energfa solar.

Generalmente, la integration puede asumir la forma de uso directo del calor para recuperacion de la solution de extraction, mejoras de la eficiencia con la recuperacion por compresion mecanica de vapor, y mejoras de la eficiencia con multiples efectos o etapas de recuperacion de la solucion de extraccion. En algunos casos, se requiere el pre-tratamiento, en cuyo caso el proceso de pre-tratamiento se puede realizar de manera mas eficiente rechazando el calor del proceso de recuperacion del soluto de extraccion en el agua bruta o parcialmente pre-tratada, para mejorar el ablandamiento cambiando del ablandamiento frfo al ablandamiento caliente con una cinetica de ablandamiento mejorado y una velocidad y calidad mejorada de la separation. Una alternativa a los solidos convencionales que contactan y el ablandamiento de clarification de alta velocidad es utilizar una operation de ablandamiento de micro filtration de flujo cruzado. Esto proporciona un agua pre-tratada de muy alta calidad y puede reducir la demanda qufmica de reduction de sflice. La elimination de gran parte del pre-tratamiento es posible con el uso de membranas de fibra hueca o planas sumergidas o configuraciones alternativas que permiten el enfoque de lodo con semillas para permitir la precipitation sobre cristales de semilla en la solucion en contacto con las membranas FO. Ejemplos del enfoque de lodo con semillas se pueden encontrar en las Publicaciones de Patente de los Estados Unidos Numeros 2012/0273417 y 2012/0267307, cuyas divulgaciones se incorporan aquf por referencia en su totalidad.

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Muchos de estos recursos producen calor o energfa que es variable con respecto al tiempo, por ejemplo, con variaciones a corto plazo en la intensidad solar, variaciones diurnas y variaciones estacionales. Esto puede impactar de manera adversa la operation de separation termica. Posibles soluciones a este problema incluyen: la operacion intermitente del proceso de desalinizacion, teniendo como resultado un costo de capital mas elevado ya que se van a incrementar las necesidades de capacidad para compensar el tiempo en que la planta esta fuera de lfnea; integration en el sistema de almacenamiento termico (en caso de estar disponible) de la planta termica (por ejemplo, sal fundida o almacenamiento de termoclina en una planta CSP); adicion de almacenamiento termico especfficamente para la operacion de desalinizacion, mediante el uso de sales fundidas, almacenamiento de termoclina, o calentamiento sensible de ceramicas u otros solidos; y desacoplamiento de las operaciones termicas y de desalinizacion al almacenar las capacidades de separacion de desalinizacion, al almacenar la capacidad de separacion osmotica, al almacenar las soluciones de extraction concentradas y diluidas, por ejemplo, desalinizacion continua mediante el reabastecimiento y vaciado de un almacenaje de solution de extraccion concentrada y recuperation del soluto de extraccion intermitente como calor es lo que esta disponible.

La presente invention permite una desalinizacion geotermica de baja entalpfa con diversos procesos de membrana dirigidos por osmosis. Generalmente, el uso de la desalinizacion geotermica de baja entalpfa ofrece un enfoque muy atractivo para desplazar el uso de combustibles fosiles para generar energfa termica y electrica para desalinizar. Esta elimina la ineficiencia de la generation y transmision de energfa y permite la exportation del combustible fosil desplazado y reduce la emision de gases de invernadero. En la practica, solamente existen una pocas implementaciones a pequena escala (planta piloto) de desalinizacion geotermica de baja entalpfa. La tecnologfa utilizada ha sido MED con pocos efectos y una baja eficiencia (relation de rendimiento). MED es la selection de la tecnologfa convencional obvia para acoplarse con un recurso geotermico de baja entalpfa. Sin embargo, no esta claro que tan eficiente sera este proceso cuando se acople con las caracterfsticas unicas de los fluidos geotermicos a las temperaturas de interes y requerira un rediseno significativo a diferencia de las tecnologfas a escala comercial actuales. Los sistemas de membrana dirigidos por osmosis aquf divulgados pueden utilizar el intercambio directo con el circuito geotermico obviando la necesidad de un gasto de capital, demandas electricas e ineficiencia de un circuito secundario. Estos sistemas pueden requerir mas pre-tratamiento que las tecnologfa termicas, pero esto es

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compensado por recuperaciones de agua mucho mayores y la reduction en el gasto de capital a causa de estructuras de admision/salida y requerimientos de bombeo. Con el estado actual de desarrollo, la relation de rendimiento del sistema se compara favorablemente con MED, especialmente dada la reduction de la relation de eficiencia debido a la necesidad que MED tiene de un circuito secundario y la posible necesidad de generation de vapor. Mejoras futuras en la tecnologfa ofrecen la posibilidad de un rendimiento incluso mayor.

Debido a la baja temperatura de los recursos geotermicos de baja entalpfa y el incremento del punto de ebullition de las salmueras geotermicas en comparacion con el agua, no es practico lanzar de manera efectiva el fluido geotermico para producir vapor sin el uso de un condensador de vacfo, lo cual probablemente no es practico y resulta ineficiente ya que incurrirfa en una penalidad de energfa en la forma de una bomba de vacfo. La energfa termica se obtiene mediante la remocion sensible del calor del fluido geotermico; es decir, reduciendo la temperatura del fluido geotermico antes que sea bombeado a un pozo de retorno. Dado el costo de capital de la perforation de pozos geotermicos y de retorno, resulta economico dimensionar un intercambiador de calor primario de titanio a una temperatura de acercamiento de 2°C. El titanio serfa elegido como un material de construction debido a la alta salinidad de la salmuera geotermica. Eso significa que el fluido en el otro lado del intercambiador de calor al fluido geotermico saldra de este intercambiador a 2°C menos que la temperatura de salida del fluido geotermico.

Debido a que la energfa termica es removida del fluido geotermico al reducir su temperatura, es necesario llevar a cabo una reduction significativa en la temperatura para utilizar de manera efectiva el recurso. Por ejemplo, se puede obtener 14% mas energfa termica al enfriar un fluido geotermico de 100 °C a 65 °C en oposicion a 70°C. De esta forma, mientras mas baja es la temperatura del calor que se puede utilizar mayor es la cantidad de energfa termica que se puede extraer de un pozo determinado. Observar que en estos casos la temperatura del caudal de calor que entra al sistema serfa 63°C o 68°C.

En algunas aplicaciones puede ser necesario utilizar un circuito secundario para transferir calor para el uso final del calor (por ejemplo, generation de energfa electrica o un sistema de desalinizacion). Este circuito puede recircular aceite, agua u otro fluido de transferencia de calor. Dicho sistema secundario tiene la ventaja de ofrecer la capacidad para almacenar energfa

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termica, aunque el almacenamiento termico a las temperaturas de interes representarfa mucho capital. Este circuito secundario tambien requiere el uso de energfa electrica primordial debido a la necesidad de una bomba de recirculacion. Existe un equilibrio entre esta demanda de energfa y la temperatura del calor disponible para el uso final del calor. Debido a que este fluido de transferencia de calor secundario transfiere calor sensible, su temperatura disminuira. Al incrementar la velocidad de recirculacion se puede reducir esta disminucion de la temperatura, pero con el costo de la energfa de bombeo incrementada debido a una mayor velocidad de caudal y perdidas de friction y consumo de energfa primordial. Adicionalmente, debido a que un circuito secundario debe transferir calor al sistema de uso final, este requiere una diferencia en temperatura, entre la temperatura de retorno del fluido secundario y el calor utilizado en el sistema. Esta temperatura puede ser reducida con un gasto de capital incrementado en este intercambiador de calor, y en la practica sera de 2°C o mayor.

La eficiencia de cualquier proceso de motor de calor termodinamico esta limitada por la diferencia de temperatura entre la temperatura de entrada de calor y la temperatura de rechazo de calor. En la region de Oriente Medio, la temperatura del sumidero de calor (agua de mar) puede alcanzar 32°C en el verano. Por lo tanto, una perdida de temperatura de 5°C o mayor en un circuito secundario por debajo de la temperatura de retorno del fluido geotermico puede tener un impacto significativo en la eficiencia de cualquier usuario final de la energfa termica. Por lo tanto, es deseable utilizar el calor termico directamente, en lugar de utilizar un circuito secundario.

Mejoras significativas en la desalinizacion termica se pueden llevar a cabo con el uso de alguna forma de bomba de calor, por ejemplo TVC, MVC, o bomba de calor de absorcion (ABS). Sin embargo, con la temperatura de calor disponible con energfa geotermica de baja entalpfa, la TVC no es posible sin una bomba de calor externa adicional. Cualquier bomba de calor de este tipo utilizarfa una cantidad significativa de energfa electrica primordial, tal como serfa MVC o ABS, negando asf el beneficio del uso de energfa geotermica de baja entalpfa.

La Relation de Salida Ganada (GOR) es una medicion de la relation de la masa de agua de producto producida dividida entre la masa de la entrada de vapor. Debido a que la entrada de vapor a diferentes sistemas puede ser a diferentes temperaturas y, por lo tanto, a diferente entalpfa, con frecuencia se utiliza una relacion de rendimiento para propositos de comparacion.

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La relation de rendimiento (PR) con frecuencia es definida como el numero de kilogramos de agua producidos por 2326 kJ de calor consumido.

Los sistemas termicos de desalinizacion son muy sensibles a la Temperatura Superior de la Salmuera (TBT) y el area de transferencia de calor en un sistema termico de desalinizacion es muy significativa. Cualquier reduction en el coeficiente de transferencia de calor debido a la formation de sarro tendra un impacto muy adverso en la eficiencia y capacidad del sistema. El sulfato esta presente en agua de mar en cantidades significativas y el sulfato de calcio exhibe una solubilidad retrograda: este se precipitara y provocara la formation de sarro en caso que se caliente el agua de mar. MSF (un proceso de destilacion subita por efecto Flash) separa el agua de mar del proceso de transferencia de calor, pero MED es muy sensible a la TBT a medida que ocurre la evaporation en una superficie de transferencia de calor (por lo general fuera de los tubos de transferencia de calor). Por lo tanto, MED opera a TBTs muy por debajo de MSF y con frecuencia esta disenada para operar en modo paralelo, donde el agua de mar es alimentada en paralelo a cada efecto, teniendo como resultado una relation de agua de producto a alimentation de agua de mar muy baja.

Tal como se analizo previamente, las plantas MED probablemente correran en un modo de alimentation paralela y, por lo tanto, su recuperation sera baja (el porcentaje de agua de producto dividido entre el agua de alimentation). Incluso en un modo de alimentation en cola, la recuperation es limitada. Aunque son posibles recuperaciones tan altas como 30% en algunas configuraciones, es probable que la recuperation sera en el rango de 10-20%. Esto tiene como resultado la necesidad de estructuras de admision y desembocadura grandes (~10-15% de capex de planta) y consumo de energfa primordial para extraer la alimentation y agua de enfriamiento y devolver el concentrado. Ademas, los requerimientos de transferencia de calor de MED necesitan el uso de tubos de evaporador de materiales costosos tales como titanio, Al- Estano y aleaciones de cupro-nfquel. El aluminio se utiliza raramente y solo con un control muy riguroso de formation de sarro y corrosion. Los grandes volumenes requeridos para el caudal de vapor de cafda de baja presion en condiciones de vacfo y el uso de disenos horizontales tienen como resultado una huella de planta significativa. Los costos de capital para las plantas MED se proyectaran como especfficos y en general son significativos. Se publican rangos de $1000- $2000 m3/dfa de capacidad para plantas a gran escala.

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Las entradas de energfa auxiliares incluyen bombeo y el sistema de control. Numeros publicados para plantas MED varfan de 2-5 kWh/m3. Estos requerimientos no incluyen la energfa proporcionada a la bomba de vacfo (eyector de vapor) que se necesita para remover gases no condensables. Esta energfa normalmente es proporcionada por vapor, pero la presion disponible de los fluidos geotermicos de baja entalpfa no es suficiente para accionar un eductor. Ademas, MED tiene requerimientos de pre-tratamiento limitados. La alimentation con frecuencia no es des-aireada, lo cual puede representar todo un reto para materiales de construction a altas alimentaciones de salinidad. La turbidez y solidos suspendidos no son una preocupacion siempre y cuando no haya riesgo de atascamiento de las boquillas atomizadoras.

Tal como se analizo previamente, MED tiene una TBT limitada para reducir al mfnimo la formation de sarro adversa en la tuberfa de transferencia de calor. Debido a que la remocion de calor del fluido geotermico requiere una reduction en la temperatura, el fluido geotermico no puede ser utilizado directamente en el primer efecto, ya que la alta temperatura provocarfa la formacion de sarro. Esto tiene como resultado la necesidad de un circuito secundario y dirigir el uso del calor no es posible. Adicionalmente, el primer efecto esta disenado para utilizar vapor. El uso de una fuente de calor de fase lfquida requerirfa un rediseno significativo de tecnologfa existente, con un impacto de capital adverso debido a areas de transferencia de calor muy superiores requeridas debido a los coeficientes de transferencia de calor inferiores de un lfquido en oposicion al vapor de condensation. El uso de un circuito secundario y la necesidad de vapor en el primer efecto tendran un impacto significativo en la relation de rendimiento de la MED.

Los problemas anteriores son algunos de los motivos por los cuales se prefieren los sistemas de osmosis forzada (FO) integrados. Dado el rendimiento de la membrana actual y sin el uso de multiples efectos, el sistema obtendra una relacion de rendimiento de 3-5. Esto se compara favorablemente con la tecnologfa MED debido a que la FO puede utilizar el fluido geotermico directamente, sin un circuito secundario o la necesidad de generar vapor. Ver, por ejemplo, Tabla 1.

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Tabla 1

Capacidad de Planta FO para un pozo geotermico de baja entalpfa de 100 kg/s

Temperatura Geotermica de Cabeza de Pozo

100°C 115°C 13 0°C

Caudal de Energia Geotermica

10,650 KW(t) 15,975 KW(t) 21,300 KW(t)

Capacidad de Planta FO

1300 m3/dia 2000 m3/dia 2500 m3/dia

Debido a que el agua de mar es desalinizada mediante osmosis forzada a traves de una membrana, en oposicion a ejecutarla termicamente, la solubilidad retrograda del sulfato de calcio no es una preocupacion y la formacion de sarro se puede controlar con el uso de inhibidores de sarro. Por lo tanto, las recuperaciones de la planta FO pueden exceder las recuperaciones MED y SWRO significativamente. De manera adicional, debido a que temperaturas y presiones son moderadas, con la excepcion de los pocos intercambiadores de calor, se utilizan materiales no metalicos economicos y robustos (PVC, CPVC, FRP). Ademas, la planta FO puede utilizar un elemento de membrana de devanado en espiral que permite un factor de empaque muy alto y la orientation vertical para la columna de recuperation de extraction permitiendo una huella mucho mas pequena. Generalmente, el analisis de costo de capital actual revela que incluso a capacidades modestas, las plantas FO se comparan favorablemente con plantas termicas de gran escala. Los requerimientos de energfa electrica auxiliares variaran dependiendo de la aplicacion particular, pero las recuperaciones mas elevadas comparadas con un proceso MED tienen como resultado la necesidad de bombear volumenes muy inferiores de agua de alimentation y, por lo tanto, se espera que el requerimiento electrico sea menor. Los requerimientos de pre-tratamiento para la

plataforma FO pueden ser mas significativos que para la planta MED. Para entradas abiertas se requerirfa un filtro de medios. Sin embargo, la operation de alto pH opcional del proceso FO disminuye el potencial de obstruir la formacion de la biopelfcula o bien una obstruction

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organica. Por lo tanto, no se requiere el riguroso pre-tratamiento para reducir los componentes organicos en las plantas SWRO. Dada la alta recuperation de la plataforma FO, una cantidad de agua muy inferior necesita pre-tratamiento en comparacion con los sistemas de recuperacion inferior. La entrada de calor a la desalinizacion FO ocurre en la corriente de agua de producto. Esta corriente no forma sarro y de esta forma la TBT permitida es muy superior que en el proceso MED, esto permite el uso directo del calor geotermico. Son posibles diversos enfoques hfbridos para integrar la desalinizacion MED y FO. En particular, la planta FO puede ser alimentada con el retorno de agua de enfriamiento o concentrado de la planta MED, ya que esto no requerirfa un incremento en la capacidad de admision (y capex) y ningun incremento en el bombeo de la energfa de bombeo de agua de alimentation, mientras que se reducen las necesidades de bombeo de descarga.

La figura 1 presenta un esquema de un sistema/proceso de osmosis forzada para la extraction osmotica de un solvente. Una solution que se va a tratar puede contener una o mas especies tales como sales, protefnas, catalizadores, microorganismos, productos qufmicos organicos e inorganicos, precursores o productos qufmicos, coloides u otros constituyentes. En algunas modalidades no limitativas, la descarga de nutrientes por las plantas de agua residuales se puede reducir con un sistema y proceso de osmosis forzada tal como se ilustra.

Tal como se muestra en la figura 1, el sistema/proceso 10 incluye un modulo de osmosis forzada 12. Se puede utilizar diversos sistemas y procesos de osmosis forzada, tales como aquellos aquf descritos y que se describen adicionalmente en las Patentes de los Estados Unidos Numeros 6,391,205 y 8,002,989; y las Publicaciones de Patente de los Estados Unidos Numeros 2011/0203994 y 2012/0267306; cuyas divulgaciones se incorporan aquf por referencia en su totalidad. El modulo 12 esta en comunicacion de fluido con una corriente de alimentacion 20 (es decir, la primera solucion) y una fuente o corriente de solucion de extraccion 24. La fuente de agua de alimentacion 20 puede incluir, por ejemplo, agua residual municipal (por ejemplo, alcantarillado) y/o industrial (por ejemplo, el flujo de retorno de fracturacion hidraulica), incluyendo agua radioactiva. La fuente de solucion de extraccion 24 puede incluir, por ejemplo, una corriente salina, tal como agua de mar, u otra solucion tal como aquf se describe que puede actuar como un agente osmotico para desecar la fuente de alimentacion 20 mediante osmosis a traves de una membrana de osmosis forzada dentro del modulo 12. El modulo 12 emite una corriente 26 de solucion concentrada desde la fuente de alimentacion 20 que puede ser

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procesada adicionalmente o desechada. El modulo 12 tambien emite una solution de extraction diluida 28 que puede ser procesada adicionalmente como aquf se describe, por ejemplo, la solucion de extraccion diluida 28 puede ser dirigida a una unidad de separation 30 donde se pueden recuperar los solutos de extraccion y un solvente objetivo. Generalmente, la unidad de separacion 30 recibe una fuente de energfa termica o mecanica 80 para accionar el proceso de separacion/reciclado.

La figura 2 representa una posible aplicacion del sistema 10 para extraccion osmotica de un solvente de acuerdo con una o mas modalidades de la invention. Tal como se analiza con respecto a la figura 1, y con detalle adicional, el sistema 10 incluye el sistema de osmosis forzada 12 y puede incluir una o mas unidades de pre-tratamiento y/o post-tratamiento 14, 16. El sistema 10 puede incluir cualquier combination de unidades de pre-tratamiento y/o post- tratamiento 14, 16 en conjunto con uno o mas sistemas de osmosis forzada 12, incluyendo unicamente pre-tratamiento o unicamente post-tratamiento. Los diversos sistemas/unidades aquf descritas se pueden interconectar a traves de tecnicas de plomerfa convencionales y pueden incluir cualquier numero y combinacion de componentes, tales como bombas, valvulas, sensores, calibres, etc. para monitorear y controlar la operation de los diversos sistemas y procesos aquf descritos. Los diversos componentes pueden ser utilizados en conjunto con un controlador tal como se describe a continuacion.

En la aplicacion mostrada en la figura 2, el sistema 10 es utilizado para tratar agua salobre de una fuente terrestre 18; sin embargo, otras fuentes de alimentation estan contempladas y consideradas dentro del alcance de la invencion. Tal como se muestra, la corriente de alimentacion 20 esta dirigida a la unidad de pre-tratamiento 14, donde la corriente de alimentacion es, por ejemplo, calentada. Una vez que la corriente de alimentacion ha sido pretratada, la corriente tratada 22 entonces es dirigida al sistema de osmosis forzada 12, donde este proporciona la primera solucion tal como se analizo antes. Generalmente, la operacion de pre-tratamiento puede incluir al menos uno de una fuente de calor para precalentar la primera solucion, medios para ajustar el pH de la primera solucion, medios para desinfeccion (por ejemplo, qufmica o UV), separacion y clarification, un filtro u otros medios para filtrar la primera solucion (por ejemplo, filtration con carbono o arena, nanofiltracion, u osmosis inversa), intercambio de calor, medios para adicion de polfmero, uso de un agente anti-formation de sarro, intercambio de iones, o medios para ablandar (por ejemplo, ablandar con cal) la primera

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solution. La solution de extraction es proporcionada al sistema de osmosis forzada 12 a traves de la corriente 24 para proporcionar el gradiente de presion osmotica necesario para promover el transporte del solvente a traves de la membrana, tal como aquf se analiza.

Al menos dos corrientes salen del sistema de osmosis forzada 12: la corriente tratada o alimentation concentrada 26, de la cual se ha extrafdo el solvente; y una corriente de extraction diluida 28, a la cual se ha agregado el solvente. La corriente concentrada 26 entonces puede ser dirigida a una unidad de post-tratamiento 16 para procesamiento adicional. Se pueden utilizar procesos de post-tratamiento adicionales, por ejemplo, cristalizacion y evaporation, para proporcionar adicionalmente una descarga lfquido cero. La alimentation concentrada o completamente procesada puede ser desechada, reciclada o de otra manera reclamada dependiendo de la naturaleza del concentrado (flecha 38). Generalmente, los sistemas/operaciones de post-tratamiento pueden incluir uno o mas de un sistema de osmosis inversa, un sistema de intercambio de iones, procesos adicionales de osmosis forzada, un sistema de destilacion, un pervaporador, un sistema de recompresion mecanica de vapor, un sistema de intercambio de calor, o un sistema de filtration. El post-tratamiento puede reducir la salinidad del agua de producto por debajo de aquella producida por un sistema de osmosis forzada de un solo paso. En otras modalidades, el post-tratamiento alternativamente o adicionalmente puede ser utilizado para remover solutos de extraction que de otra manera se presentarfan en una corriente de producto. En algunas modalidades no limitativas especfficas, la descarga de salmuera de osmosis forzada puede ser post-tratada utilizando intercambio de iones, destilacion, pervaporacion, destilacion de membrana, aireacion, tratamiento biologico u otro proceso para remover solutos de extraction que se difunden a la inversa dentro de la salmuera.

La corriente de extraction divulgada 28 puede ser dirigida al sistema de separation 30, donde se puede recuperar el solvente y/o solutos de extraction. Opcionalmente, la corriente de extraction diluida 28 tambien puede ser dirigida a una unidad de post-tratamiento segun se desee para procesamiento adicional (corriente 28a), por ejemplo, la solution de extraction diluida puede ser precalentada antes de ser dirigida al sistema de separation 30 (corriente 28b). En una o mas modalidades, el sistema de separation 30 separa los solutos de extraction de la corriente de extraction diluida 28 para producir una corriente de solvente sustancialmente purificada 32, por ejemplo, agua potable, y una corriente de soluto de extraction 36. En una o

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mas modalidades, la corriente de solvente 32 tambien puede ser dirigida a una unidad de post- tratamiento para procesamiento adicional (corriente 32a) dependiendo del uso final del solvente. Por ejemplo, el solvente ademas puede ser tratado mediante destilacion para remover los solutos de extraction adicionales que pueden seguir estando presentes en el solvente. En una o mas modalidades, la corriente de soluto de extraccion 36 puede ser devuelta directamente a la corriente de extraccion 24 (corriente 36a), dirigida a un sistema de reciclado 34 para reintegration a la corriente de extraccion 24 (corriente 36b), o dirigida a una unidad de post- tratamiento (corriente 36c) para procesamiento adicional dependiendo del uso pretendido de los solutos de extraccion recuperados. En una o mas modalidades, el sistema de reciclado 34 puede ser utilizado en conjunto con la unidad de pre-tratamiento 14, por ejemplo, para proporcionar intercambio de calor con la corriente de alimentation 20 (corriente 40).

Generalmente, el sistema/proceso de separation 30 y el sistema/proceso de reciclado 34, junto con otras diversas operaciones de pre-tratamiento y post-tratamiento, requieren una fuente de calor economica, por ejemplo, para la separacion y recuperation de solutos de extraccion. Esta fuente economica de calor puede ser derivada u obtenida a partir de diversas fuentes de energfa renovables aquf analizadas. Las figuras 8 y 9 muestran diversos sistemas FO integrados con una planta CSP y se analizan con mayor detalle a continuation.

Generalmente, las plantas CSP convierten la energfa solar en energfa termica y despues la energfa termica en energfa electrica. La eficiencia pico de la planta para una planta cilindro parabolica esta en el rango de 14-20%. Existe una perdida de eficiencia en la conversion de la energfa termica en energfa electrica. Esta conversion es eficiente aproximadamente en un 33%. Por lo tanto, es altamente benefico utilizar energfa termica en oposicion a energfa electrica para generar agua dulce a partir de salmueras. A continuacion se analizan metodos adicionales para utilizar la energfa termica que tiene un impacto insignificante o ningun impacto en la energfa emitida por la planta CSP. Generalmente, el foco de la presente invention es la integration con una planta CSP cilindro parabolica, ya que esta es la tecnologfa mas comun y establecida. Los diversos sistemas aquf descritos se pueden integrar con otras configuraciones de planta, y se pueden obtener beneficios similares.

Al examinar configuraciones actuales y propuestas de plantas CSP, resulta claro que existen diversas fuentes de calor para la concentration de salmuera. La figura 3 muestra una

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configuration de planta CSP parabolica tfpica 250. Generalmente, la planta 250 incluye un campo solar 252 que esta hecho de una pluralidad de cilindros parabolicos 254 (u otro mecanismo recolector), un almacenamiento de energfa termica 256 incluyendo un tanque de sal caliente 356a y un tanque de sal frfa 256b, junto con un intercambiador de calor 258, y un bloque de energfa 260 incluyendo un circuito de generation de vapor 262, una turbina de vapor 270, y tfpicamente cualquier interfaz necesaria para transmitir o almacenar energfa electrica.

La planta CSP ofrece varias fuentes potenciales de energfa termica para uso con el sistema FO. El vapor del generador de vapor 261 o el supercalentador 263 son fuentes de calor de alto grado y perfectamente convenientes para energizar el sistema. Si embargo, pueden no ser una option optima ya que el uso de este calor directamente reduce la salida electrica de la planta. El Fluido de Transferencia de Calor (HTF) Caliente 257 es otra fuente de calor de alto grado similar a las fuentes de vapor arriba identificadas. La diferencia primaria entre estas dos fuentes es que se podrfa reducir el costo de capital asociado con el generador de vapor y los intercambiadores de calor con supercalentador; sin embargo, se requerirfan colectores de campo solar adicionales o se reducirfa la salida de la planta.

En una modalidad, el sistema sacara provecho del HTF caliente 257 a medida que entra al campo solar 252, reduciendo asf Ti en la ecuacion (Q = ACFR(S - UL(Ti - Ta)); donde Q = potencia util, AC = tamano de campo solar, FR = eficiencia de la conversion, S = energfa solar en, UL = coeficiente de perdida termica, Ti = temperatura de entrada HTF, Ta = temperatura ambiente). Esta reduction sera de acuerdo con Q = mCp(T1 - T2) con Q siendo la cantidad de energfa tomada del HTF 257 y T2 el nuevo Ti en el campo solar. Debido a que el Ti es entonces menor en la ecuacion utilizada en 2, todo el campo es mas eficiente. Se ha estimado que para que una carga de 1MW sea tomada del HTF, el cambio en la temperatura (T1-T2) estara en el orden de 0.3°C. La disminucion de la temperatura promedio en el campo solar mejorara la eficiencia.

Fuentes de calor adicionales incluyen el calor rechazado a la atmosfera en el sistema de enfriamiento. Las plantas CSP tfpicas utilizan un ciclo Rankine de vapor convencional. El vapor es condensado despues de salir de la turbina 270. Aunque esto presenta una fuente viable de energfa termica para la concentration de salmuera, esta es de bajo grado y, dependiendo de la aplicacion, se preferirfan fuentes alternativas. El calor de escape del calentador de combustible

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fosil 274 es otra fuente conveniente de calor (dependiendo de la aplicacion), esta es probablemente una fuente de baja capacidad de calor y posiblemente intermitente, haciendolo menos deseable.

Otra fuente todavfa de energfa termica es el calentador anticongelante que puede estar asociado con el HTF o como parte del bloque de energfa 260, 360. Muchas plantas CSP incluyen un calentador para asegurar que la temperatura del HTF sea optimizada en las mananas. Esta disponible suministrar energfa a otros procesos para el resto del dfa/noche. Debido a que el capital ya esta invertido en la planta CSP, esta puede proporcionar energfa termica unicamente al costo OPEX, debido a que no requiere combustible y es de interes unicamente para poner en pico o ablandar un proceso que esta utilizando otra energfa termica. La Segregation HTF de Bucle Sub-optimo es otra option de energfa termica. Generalmente, el campo solar de una planta CSP se divide en multiples bucles paralelos a traves de los cuales se bombea el HTF. A medida que pasa el tiempo para una planta CSP parabolica, algunos bucles sufren de mayores perdidas de rendimiento que otros debido a la infiltration de hidrogeno de los HTFs sinteticos dentro de las envolturas de vacfo de los colectores solares. Estos bucles sub- optimos tendran una temperatura HTF caliente inferior. Con la adicion de valvulas para segregar el HTF de estos bucles, se puede eliminar el impacto adverso en la temperatura del vapor al desviar estos bucles al sistema FO; donde la energfa termica es conveniente para la concentration de salmuera.

El HTF frfo 259 tfpicamente esta en el rango de 290-300°C y puede proporcionar otra fuente todavfa de calor de alto grado conveniente para la concentracion de salmuera con el sistema FO. Adicionalmente, debido a que la eficiencia de la conversion solar a termica en el campo solar esta inversamente y exponencialmente relacionada con la temperatura del HTF, la remocion del calor sensible del HTF frfo 259 en realidad aumenta la eficiencia del campo solar y reduce el costo adicional de los colectores solares para compensar esta carga de energfa termica. Esta fuente de energfa termica se analiza con mayor detalle a continuation.

El HTF frfo 259 en realidad no esta tan frfo. Debido a que este es utilizado para generar vapor, el HTF es devuelto a los receptores a una temperatura bastante cercana a la temperatura del vapor (menos super calentamiento, disminucion y perdida de temperatura de precalentamiento al ambiente). La figura 4 muestra un diseno CSP con HTF frfo a aproximadamente 300 °C. Esto

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es ciertamente una temperatura suficiente para accionar los sistemas osmoticos aquf descritos. Generalmente, cualquier reduction en la temperatura del HTF frfo requerira aberturas y receptores solares adicionales. La temperatura del HTF debe ser incrementada a una temperatura que permita la operation eficiente de la turbina de vapor, pero esto sera una recoleccion mas eficiente y requerira menos capital sobre una base de energfa termica que el calentamiento de temperaturas de HTF frfo existentes a temperaturas de HTF caliente. Un HTF de menor temperatura en un receptor pierde menos calor a traves de radiation, conduction y convection, y la eficiencia de la recoleccion solar aumenta exponencialmente.

Por ejemplo, para un consumo 259a de 1MW de HTF frfo 259, 359 para un sistema osmotico de una planta electrica de 50 MWe, la temperatura del HTF frfo se reducirfa por 0.3°C con un incremento asociado en la eficiencia de la planta solar de 0.28%. Esto tendrfa como resultado un incremento del campo solar de ~0.02% o ~$40,000. Un sistema osmotico MGD de 0.3 serfa energizado con OPEX mfnimo y una adicion de ~$400,000 al campo solar CSP 252, 352. Por consiguiente, el uso de HTF frfo proporciona un incremento simultaneo en la eficiencia de la conversion de solar termico cilindro parabolico a termico y permite el aprovisionamiento de un sistema osmotico con energfa termica a un CAPEX mfnimo.

Ademas, las plantas CSP con y sin almacenamiento termico estan disenadas con un multiple pozo solar sobre uno a fin de incrementar el factor de capacidad de la planta. Esto tiene como resultado que la planta rechace grandes cantidades de energfa durante periodos de irradiancia solar superior ("energfa tirada"). En algunas modalidades, el sistema utilizarfa parte del calor residual que es tirado durante las horas pico a fin de evitar que el HTF se descomponga (ver el grafico en la figura 5). Un metodo utilizado para "tirar" la energfa es desenfocar el cilindro. El calor residual o "tirado" podrfa ser capturado en la salida del campo solar 252, por ejemplo, a traves de HTF frfo o caliente. La cantidad y disponibilidad de este calor tirado dependera del diseno y ubicacion de la planta.

El multiplo solar de una planta CSP es la relation del campo colector a la energfa requerida para operar el ciclo de energfa en carga completa. Una planta con un multiplo solar de uno proporcionarfa la energfa termica requerida para correr su turbina y generador a la capacidad nominal, por ejemplo, al medio dfa solar o el solsticio de verano. Incluso las plantas sin almacenamiento de energfa termica estan disenadas con un campo colector solar de tamano

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grande de manera que pueden operar la turbina a la maxima capacidad por mas horas del ano. Esto incrementa el factor de la capacidad de la planta y generalmente reduce el LCOE. Las plantas sin almacenamiento termico tienen un multiplo solar de 1.3 a 1.4, o incluso 2.0 para sistemas lineales de Fresnel. Las plantas con almacenamiento pueden tener multiplos de 3 a 5.

El uso de un multiplo solar mayor que la unidad tiene como resultado periodos donde una planta CSP debe tirar energfa cuando la irradiancia solar recolectada excederfa el lfmite maximo de la entrada termica a la turbina. Adicionalmente, los HTFs sinteticos tienen una temperatura operativa maxima de aproximadamente 390°C, mas alla de lo cual ocurre la degradation del fluido y los operadores de la planta necesitan "desenfocar" colectores solares no necesarios durante periodos de alta irradiancia solar. Esta necesidad de tirar energfa ocurre incluso en plantas con almacenamiento termico, una vez que el almacenamiento ha alcanzado su capacidad. El grafico en la figura 6 muestra mas de 150MW-h de energfa termica que esta siendo tirada para una planta CSP de 50MWe con 6 horas de almacenamiento de energfa termica (TES) en un dfa soleado tfpico.

La figura 7 muestra energfa tirada de una planta CSP instalada, real en Espana que tira energfa incluso en diciembre, un mes con baja irradiancia solar. Esta planta tira casi 95 GWh de energfa termica sobre una base anual. Con la capacidad de rendimiento de los diversos sistemas aquf descritos, esto representa un promedio de 0.3 MGD (Millones de Galones por dfa) de capacidad de agua dulce. Aunque esta energfa tirada es estacional y esporadica, los diversos sistemas aquf divulgados pueden facilitar la production utilizando almacenamiento osmotico. La energfa tirada es mas elevada durante los meses calientes, donde la demanda de agua para enfriamiento y la demanda local de agua seran mas elevadas.

Las plantas CSP tiran una cantidad significativa de energfa. Esta energfa puede ser utilizada para concentration de salmuera con los sistemas divulgados a fin de proporcionar agua dulce a la planta CSP y otros usuarios, sin un costo de capital adicional a la planta CSP. Esto proporciona una fuente virtualmente libre de energfa para proporcionar agua dulce que de otra manera serfa desperdiciada. Generalmente, las plantas CSP desenfocan el cilindro para reducir la cantidad de energfa que esta siendo transferida al HTF, a fin de reducir/eliminar el exceso de energfa que el sistema no puede acomodar (por ejemplo, a traves de capacidades de sistema, capacidades de almacenamiento y/o clasificaciones de componente). Con la integration del

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ODMP, el cilindro no necesariamente necesitarfa ser desenfocado, ya que esta energfa adicional puede ser transferida del HTF al sistema de separation. El sistema de separation 30 puede remover el exceso de energfa/calor del HTF (por ejemplo, a traves de un intercambiador de calor) y puede dirigir esta energfa/calor a la separacion y reciclado de solutos de extraction de la solution de extraccion diluida y/u otros sistemas de pre-tratamiento o post-tratamiento dentro del ODMP. Despues de remover el exceso de energfa/calor, el HTF es devuelto al sistema 250, 350 en una condition mas utilizable.

Las secciones previas sobre la energfa tirada del CSP y el HTF frfo mencionaron los requerimientos CAPEX mfnimos para proporcionar energfa termica a los sistemas osmoticos divulgados para la concentration de salmuera. Para una planta CSP de 50MWe, un sistema osmotico de capacidad promedio de 1300 m3/dfa (0.34 MGD) virtualmente puede no representar un CAPEX al utilizar la energfa tirada. La energfa termica adicional puede ser capturada del HTF frfo por unicamente ~$340/m3/dfa de inversion CAPEX en el campo solar. Estas fuentes de energfa termica no tienen costos de combustible y se pueden obtener con un OPEX marginal efectivamente cero. En una modalidad (por ejemplo, un concentrador de salmuera que tiene una capacidad de 4000 barriles/dfa) el sistema en si mismo costarfa aproximadamente $2,500 por m3/dfa de capacidad para instalar en el rango de capacidad de 3000 m3/dfa. El OPEX es mfnimo: la demanda electrica auxiliar es menor que 1 kWh/m3; la mano de obra serfa una adicion marginal al CSP existente; el consumo qufmico para limpieza, reabastecimiento de solucion de extraccion y agente anti-formation de sarro es mfnimo; y el reemplazo de la membrana es similar a una planta RO. Con una depreciation del capital de 25 anos esto tiene como resultado un costo de agua en el rango de $0.75 a $1.

La especificacion se ha enfocado principalmente en la integration de los sistemas osmoticos divulgados con plantas CSP; sin embargo, los diversos sistemas divulgados aquf idealmente son convenientes para el uso de fuentes de calor de grado (temperatura) inferior tal como se puede encontrar con una variedad de fuentes de energfa renovables. Por ejemplo, los diversos sistemas aquf descritos se conectan bien ya sea con generadores de vapor solares o calentadores de agua solares, los cuales ofrecen una alternativa de CAPEX mucho menor para las plantas CSP donde se desea un sitio de prado verde. Adicionalmente, son posibles diversos enfoques hfbridos para integrar desalinizacion MED y FO. En particular, la planta FO puede ser alimentada con la devolution o concentrado del agua de enfriamiento de la planta MED, ya que

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esto requerirfa que no hubiera un incremento en la capacidad de admision (y capex) y ningun incremento en el bombeo de la energfa de bombeo de agua de alimentation, mientras que se reducen las necesidades de bombeo de descarga.

Las figuras 8A-8D muestran diversos ODMP's integrados con diferentes fuentes de energfa termica derivados de fuentes de energfa renovables. Tal como se muestra en la figura 8A, el sistema 400 incluye uno o mas modulos de osmosis forzada 412 en comunicacion de fluido con una fuente de agua 420 y una fuente de solution de extraction concentrada 424. El modulo 412 emite una salmuera concentrada 426 que puede haber atravesado un sistema/proceso de post- tratamiento opcional 416a despues de salir del modulo 412. El modulo 412 tambien emite una solucion de extraccion diluida 428 que esta dirigida al sistema de recuperation de solucion de extraccion 430 (por ejemplo, una unidad de separation y una unidad de reciclado) para reconcentrar la solucion de extraccion y recuperar el agua de producto 432. En algunas modalidades, el agua de producto 432 puede experimentar un procesamiento adicional despues de salir del sistema de recuperacion de solucion de extraccion 430, por ejemplo, a traves de un sistema/proceso de post-tratamiento opcional 416b, tal como osmosis inversa, conforme a lo aquf analizado. Tal como se muestra en la figura 8A, el sistema de recuperacion 430 utiliza una fuente de fluido geotermico 444 como la energfa termica para separar solutos de extraccion y/o solvente de la solucion de extraccion diluida 428. En algunas modalidades, el fluido geotermico 444 tambien es utilizado para concentrar adicionalmente la salmuera concentrada, por ejemplo, a traves de un proceso de post-tratamiento para descarga cero de lfquidos (ZLD) (ver lfnea 445).

La figura 8B muestra un sistema/proceso 500 similar a aquel mostrado en la figura 8A. El sistema de recuperacion de solucion de extraccion 530 utiliza una o mas fuentes de fluidos calentados 544 de una planta CSP. En diversas modalidades, la fuente de fluido calentado puede incluir el fluido de transferencia de calor (caliente o frfo), o vapor del sistema de agua caliente solar, el sistema termico solar, o el sistema de generation de vapor solar. Ver, por ejemplo, figura 9. Esta fuente de energfa termica 544 tambien puede ser utilizada con varios sistemas de pre-tratamiento y/o post-tratamiento para tratar adicionalmente cualquiera de las diversas corrientes/soluciones disponibles dentro del ODMP. Por ejemplo, la energfa termica 544 puede ser utilizada para precalentar la corriente de alimentacion (pre-tratamiento 516c y lfnea 546) o ZLD (post-tratamiento 516a y lfnea 545). Ver, por ejemplo, la figura 2 para usos

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alternatives para la energfa termica 544.

La figura 8C muestra etre proceso/sistema alternative tedavfa 600, tambien similar a les procesos/sistemas de las figuras 8A y 8B, que utiliza energfa termica 644 para la recuperation de la solution de extraction que incluye el caler tirade (per ejemplo, residual e de desecho) de la planta CSP. La energfa termica 644 tambien puede incluir caler del HTF caliente e frfe, el cendensader de vapor, u etra unidad de almacenamiento termico de la planta CSP.

La figura 8D tambien muestra un proceso/sistema 700 similar a aquelles de las figuras 9A-9C, pere que utiliza energfa termica 744 y epcienalmente energfa mecanica 748 para accienar el proceso/sistema de recuperacion de solucion de extraccion 730. Generalmente, la fuente de energfa termica 744 puede ser cualquiera de las fuentes previamente descritas. La fuente de energfa mecanica 748 puede ser abastecida a traves de energfa electrica generada per la planta CSP para ayudar en el precese de recuperacion de la solucion de extraccion, per ejemplo, energizande un cempreser u etre equipe auxiliar. Ademas, la energfa de cualquiera de la fuente 744, 748 tambien puede ser utilizada para accienar etres preceses del ODMP, tal come eperacienes de pre-tratamiente y pest-tratamiente, diversas bombas, senseres, centreles, etc.

La figura 9 muestra un sistema ejemplar 800 que incerpera un ODMP 810 con una e mas fuentes de energfa termica 880 de una planta CSP 850. Generalmente, el ODMP 810 es similar a aquelles previamente descrites, tal come la planta CSP 850. Tal come se muestra en la figura 9, una e mas fuentes de energfa termica, celectivamente 880, pueden ser suministradas al ODMP 810 e incluir una purga de un HTF caliente 857 e un HTF frfe 859, vapor 865a, 865b de la turbina de vapor 870 e cempenentes aseciades, y rechazar e tirar caler. Fuentes adicienales de energfa termica 877, tal come pudieran estar dispenibles de etres dispesitives de intercambie de caler dentre de la planta 850. Generalmente, la energfa termica 880 esta dirigida al ODMP 810 a traves de cualquier sistema de plemerfa necesarie, valvulas, etc. En algunas medalidades, el sistema 800 incluye un module de interfaz 890 que incluye las valvulas, senseres, centreles, mevederes primerdiales, etc., segun sea necesarie para dirigir una fuente particular de energfa termica 880, 880' al sistema de separation 830. En algunas medalidades, multiples fuentes de energfa termica pueden estar en comunicacion con el sistema 810 (per ejemplo, el sistema de separacion y/e un precese de pre-tratamiente e pest-tratamiente) y el

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modulo de interfaz 890 puede monitorear la planta CSP y las condiciones operativas (por ejemplo, condiciones ambientales, tales como temperatura y clima, salida de la planta, demanda de energfa, suministro de agua, etc.) y puede dirigir la fuente termica mas apropiada (por ejemplo, HTF frfo o vapor) al sistema 810.

Generalmente, el sistema 810 recibe una corriente de alimentation 820 desde cualquiera de las fuentes previamente divulgadas y concentra esa corriente 820 para producir una corriente de salmuera concentrada 826 a traves del uso de una solution de extraction concentrada 824 para extraer solvente a traves de la membrana del modulo de osmosis forzada 812. El sistema 810 utiliza la energfa termica 880' segun sea necesario (por ejemplo, una alimentacion directa de vapor a una columna de destilacion o a traves de un intercambiador de calor) para separar solvente 832 de una solucion de extraccion diluida 828 producida por el modulo 812. En algunas modalidades, la corriente de alimentacion 820 surge de una torre de enfriamiento 877 asociada con la planta CSP 850 (por ejemplo, la purga 821) y el solvente recuperado 832 puede ser devuelto a esas torres de enfriamiento 877 para reutilizacion. En diversas modalidades, el solvente recuperado 832 puede ser utilizado siempre que se necesite dentro de la planta 850. En algunas modalidades, la solucion de extraccion concentrada 824 y el solvente 832 que sale del sistema de separation 830 puede ser almacenado en tanques para posterior reintroduccion al modulo 812. En algunas modalidades, la fuente de energfa termica 880 se deriva del vapor que fluye entre etapas de la turbina 870 (alimentaciones 865), por ejemplo, como una purga directa del vapor o como la energfa termica recuperada mediante la condensation del vapor que sale de la turbina o etapas de turbina 877. La energfa termica "utilizada" 882 tfpicamente es devuelta a la planta 850, por ejemplo, como una fuente de agua a partir de cualquier vapor condensado dentro del ODMP o el HTF frfo o caliente con el exceso de energfa termica removido). Sin embargo, la energfa termica utilizada 882 podrfa ser utilizada para satisfacer otras necesidades de energfa dentro del ODMP o podrfa ser desechada, dependiendo de la aplicacion particular.

De acuerdo con una o mas modalidades, los dispositivos, sistemas y metodos aquf descritos generalmente pueden incluir un controlador para ajustar o regular al menos un parametro operativo del dispositivo o un componente de los sistemas, tales como, pero no limitado a, valvulas y bombas de accionamiento, asf como ajustar una propiedad o caracterfstica de una o mas corrientes de caudal de fluido a traves de un modulo de membrana accionado por osmosis,

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u otro modulo en un sistema particular. Un controlador puede estar en comunicacion electronica con al menos un sensor configurado para detectar al menos un parametro operativo del sistema, tal como una concentration, velocidad de caudal, nivel de pH, o temperatura. El controlador generalmente se puede configurar para generar una senal de control para ajustar uno o mas parametros operativos en respuesta a una senal generada por un sensor. Por ejemplo, el controlador se puede configurar para recibir una representation de una condition, propiedad o estado de cualquier corriente, componente o subsistema de los sistemas de membrana accionados de manera osmotica y sistemas de pre-tratamiento y post-tratamiento asociados. El controlador tfpicamente incluye un algoritmo que facilita la generation de al menos una senal de salida que tfpicamente esta basada en uno o mas de cualquiera de la representacion y un valor objetivo o deseado tal como un punto de ajuste. De acuerdo con una o mas aspectos particulares, el controlador se puede configurar para recibir una representacion de cualquier propiedad medida de cualquier corriente, y generar un control, senal de accionamiento o salida para cualquiera de los componentes del sistema, para reducir cualquier desviacion de la propiedad medida de un valor objetivo.

De acuerdo con una o mas modalidades, los sistemas y metodos de control del proceso pueden monitorear diversos niveles de concentracion, tal como se puede basar en parametros detectados incluyendo pH y conductividad. Tambien se pueden controlar las velocidades de caudal de la corriente de proceso y los niveles de tanque. Se pueden monitorear la temperatura y presion. Se pueden detectar las fugas de la membrana utilizando sondas selectivas de iones, medidores de pH, niveles de tanque y velocidades de caudal de corriente. Las fugas tambien pueden ser detectadas mediante la presurizacion de un lado de la solution de extraction de una membrana con gas y utilizando detectores ultrasonicos y/u observation visual de fugas en un lado de agua de alimentation. Se pueden monitorear otros parametros operativos y problemas de mantenimiento. Se pueden monitorear diversas eficiencias del proceso, tales como midiendo la velocidad de caudal de agua de producto y la calidad, el caudal de calor y el consumo de energfa electrica. Los protocolos de limpieza para la mitigation de la obstruction biologica se pueden controlar tal como midiendo el decline del flujo conforme a lo determinado por las velocidades de caudal de las soluciones de alimentacion y extraccion en puntos especfficos en un sistema de membrana. Un sensor en una corriente de salmuera puede indicar cuando es que se necesita un tratamiento, tal como con destilacion, intercambio de iones, cloracion del punto de interruption o protocolos similares. Esto se puede realizar con pH, sondas selectivas

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de iones, espectrometrfa por infrarrojo de transformada de Fourier (FTIR), u otros medios para detectar las concentraciones del soluto de extraction. Se puede monitorear y rastrear una condition de la solution de extraccion para crear la adicion y/o reemplazo de solutos. De igual manera, se puede monitorear la calidad del agua de producto a traves de medios 5 convencionales o con una sonda tal como una sonda de amonio o amoniaco. FTIR puede ser implementada para detectar especies presentes que proporcionan information la cual pueda ser util, por ejemplo, para asegurar una operation adecuada de la planta, y para identificar el comportamiento tal como los efectos de intercambio de iones de la membrana.

10 Aquellos expertos en la tecnica debieran apreciar que los parametros y configuraciones aquf descritas son ejemplares y que parametros y/o configuraciones reales dependeran de la aplicacion especffica en la cual se utilizan los sistemas y tecnicas de la invention. Aquellos expertos en la tecnica tambien debieran reconocer o poder determinar, utilizando mas de una experimentation de rutina, equivalentes a las modalidades especfficas de la invencion. Por lo 15 tanto, se entendera que las modalidades aquf descritas son presentadas a manera de ejemplo unicamente y que, dentro del alcance de las reivindicaciones anexas y equivalentes a las mismas; la invencion se puede practicar de una manera diferente a la especfficamente descrita. Ademas, se debiera apreciar que la invencion esta dirigida a cada caracterfstica, sistema, subsistema o tecnica aquf descrita y cualquier combination de dos o mas caracterfsticas, 2 0 sistemas, subsistemas o tecnicas aquf descritas y cualquier combinacion de dos o mas caracterfsticas, sistemas, subsistemas y/o metodos, en caso que dichas caracterfsticas, sistemas, subsistemas y tecnicas no sean mutuamente inconsistentes, se consideraran dentro del alcance de la invencion tal como se incorporan en las reivindicaciones. Ademas, los actos, elementos y caracterfsticas divulgados unicamente en relation con una modalidad no pretenden 2 5 ser excluidos de una funcion similar en otras modalidades.

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REIVINDICACIONES

1-. Un sistema para extraction osmotica de un solvente a partir de una primera solution, que comprende:

una unidad de osmosis forzada que comprende:

una primera camara que tiene una entrada acoplada de manera fluida a una fuente de la primera solution;

una segunda camara que tiene una entrada acoplada de manera fluida a una fuente de una solution de extraction concentrada; y

un sistema de membrana semipermeable que separa la primera camara de la segunda camara y configurado para separar de manera osmotica el solvente de la primera solution, formando asf una segunda solution en la primera camara y una solution de extraction diluida en la segunda camara;

una fuente de energfa termica de una planta de energfa solar concentrada, donde la fuente de energfa termica comprende calor almacenado comprendiendo al menos uno de un fluido de transferencia de calor caliente, un fluido de transferencia de calor frfo, y/o una fuente de agua caliente de una planta de energfa solar concentrada; y

un sistema de separation en comunicacion de fluido con la unidad de osmosis forzada y la fuente de energfa termica y configurado para separar la solution de extraction diluida en la solution de extraction concentrada y una corriente de solvente, el sistema de separation comprendiendo:

una primera entrada acoplada de manera fluida a una salida de la segunda camara de la unidad de osmosis forzada para recibir la solution de extraction diluida de la misma;

una segunda entrada para recibir la fuente de energfa termica; una primera salida acoplada de manera fluida a la segunda camara de la unidad de osmosis forzada para introducir la solution de extraction concentrada a la unidad de osmosis forzada; y

una segunda salida para emitir el solvente.

2.- El sistema de conformidad con la revindication 1, caracterizado porque la unidad de osmosis forzada comprende una pluralidad de sistemas de membrana semipermeables.

Claims (11)

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2. 3. - El sistema de conformidad con la revindication 1, caracterizado porque el sistema de separation comprende un modulo de destilacion.
3. 4. - El sistema de conformidad con la reivindicacion 3, caracterizado porque el modulo de destilacion comprende al menos uno de una columna de destilacion y/o un modulo de destilacion de membrana.
4. 5. - El sistema de conformidad con la reivindicacion 3, caracterizado porque la fuente de vapor esta directamente acoplada al modulo de destilacion.
5. 6. - El sistema de conformidad con la reivindicacion 1, caracterizado porque la fuente de energfa termica se utiliza para producir vapor o una fuente de energfa mecanica para uso en el sistema de separacion.
6. 7. - El sistema de conformidad con la reivindicacion 1, que ademas comprende un sistema de pre-tratamiento en comunicacion de fluido con la fuente de energfa termica para acondicionar la primera solution.
7. 8. - El sistema de conformidad con la reivindicacion 1, que ademas comprende un sistema de post-tratamiento en comunicacion de fluido con la fuente de energfa termica para acondicionar al menos una de la segunda solucion, la solucion de extraction concentrada, y/o el solvente.
8. 9. - El sistema de conformidad con la reivindicacion 1, que ademas comprende un sistema de almacenamiento osmotico para almacenar la solucion de extraccion concentrada y el solvente que sale del sistema de separacion en aislamiento fluido para posterior reintroduccion a la unidad de osmosis forzada como la primera solucion y la solucion bruta concentrada.
9. 10.- Un metodo para extraer de manera osmotica un solvente de una primera solucion, el metodo comprende los pasos de:

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   proporcionar una unidad de osmosis forzada, donde la unidad de osmosis forzada comprende:

   una primera camara que tiene una entrada acoplada de manera fluida a una fuente de la primera solution,

   una segunda camara que tiene una entrada acoplada de manera fluida a una fuente de una solucion de extraction concentrada; y

   un sistema de membrana semipermeable que separa la primera camara de la segunda camara y configurado para separar de manera osmotica el solvente de la primera solucion, formando asf una segunda solucion en la primera camara y una solucion de extraccion diluida en la segunda camara;

   acoplar de manera fluida un sistema de separation con la unidad de osmosis forzada, en donde el sistema de separacion esta configurado para separar la solucion de extraccion diluida en la solucion de extraccion concentrada y una corriente de solvente y comprende:

   una entrada acoplada de manera fluida a una salida de la segunda camara de la unidad de osmosis forzada para recibir la solucion de extraccion diluida de la misma;

   una primera salida acoplada de manera fluida a la segunda camara de la unidad de osmosis forzada para introducir la solucion de extraccion concentrada a la unidad de osmosis forzada; y

   una segunda salida para emitir el solvente; y introducir una fuente de energfa termica desde una planta de energfa solar concentrada, al sistema de separacion, donde el paso de introducir una fuente de energfa termica comprende dirigir calor almacenado desde la planta de energfa solar concentrada al sistema de separacion, donde el calor almacenado comprende al menos uno de un fluido de transferencia de calor caliente, un fluido de transferencia de calor frfo, y/o una fuente de agua caliente de una planta de energfa solar concentrada.
10. 11. - El metodo de conformidad con la reivindicacion 10, caracterizado porque el sistema de separacion comprende al menos un modulo de destilacion y el paso de introducir una fuente de energfa termica comprende dirigir una fuente de vapor que comprende al menos uno de una portion de una salida de vapor desde un generador de vapor, un supercalentador solar, y/o un condensador de vapor.
11. 12. - El metodo de conformidad con la reivindicacion 10, que ademas comprende el

    paso de introducir una parte de la fuente de energfa termica al menos a uno de un proceso de pre-tratamiento y/o post-tratamiento para acondicionar al menos una de la primera solucion, la segun da solucion y/o el solvente.

    5 13.- El metodo de conformidad con la reivindicacion 10, que ademas comprende los

    pasos de almacenar el solvente y la solucion de extraccion concentrada generada mediante el sistema de separation en aislamiento fluido para posterior reintroduccion como la primera solucion y la solucion de extraccion concentrada al modulo de osmosis forzada.

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