ES2949287T3 - Instalación para la preparación de una disolución acuosa que comprende al menos un hidrogenocarbonato alcalinotérreo - Google Patents
Instalación para la preparación de una disolución acuosa que comprende al menos un hidrogenocarbonato alcalinotérreo Download PDFInfo
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Abstract
La presente invención se refiere a una instalación para la preparación de una solución acuosa que comprende al menos un hidrogenocarbonato alcalinotérreo, al uso de la instalación para la preparación de una solución acuosa que comprende al menos un hidrogenocarbonato alcalinotérreo así como al uso de la Instalación para la mineralización y/o estabilización de agua. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)
Description
DESCRIPCIÓN
instalación para la preparación de una disolución acuosa que comprende al menos un hidrogenocarbonato alcalinotérreo
La presente invención se refiere a una instalación para la preparación de una disolución acuosa que comprende al menos un hidrogenocarbonato alcalinotérreo, el uso de la instalación para la preparación de una disolución acuosa que comprende al menos un hidrogenocarbonato alcalinotérreo así como el uso de la instalación para la mineralización y/o estabilización de agua.
El agua potable se ha vuelto escasa. Incluso en países que son ricos en agua, no todas las fuentes y embalses son aptos para la producción de agua potable, y muchas fuentes actuales están amenazadas por un dramático deterioro de la calidad del agua. Inicialmente, el agua de alimentación utilizada para beber era principalmente agua superficial y subterránea. Sin embargo, el tratamiento del agua de mar, la salmuera, las aguas salobres, las aguas residuales y las aguas efluentes contaminadas está ganando cada vez más importancia por razones medioambientales y económicas.
Con el fin de recuperar agua a partir del agua de mar o agua salobre, para uso potable, se conocen varias instalaciones y procesos, que son de considerable importancia para áreas secas, regiones costeras e islas marinas, y tales instalaciones y procesos generalmente incluyen la destilación, procesos electrolíticos así como también osmóticos u osmóticos inversos. El agua obtenida por tales procesos es muy blanda y tiene un valor de pH bajo debido a la falta de sales amortiguadoras del pH y, por lo tanto, tiende a ser altamente reactiva y, a menos que se trate, puede crear graves dificultades de corrosión durante su distribución en tuberías convencionales. Además, el agua desalinizada no tratada no se puede usar directamente como fuente de agua potable. Para evitar la disolución de sustancias indeseables en los sistemas de tuberías, para evitar la corrosión de las plantas depuradoras, tales como tuberías y válvulas, y para hacer que el agua posea palatabilidad, es necesario aumentar el contenido mineral y de alcalinidad del agua.
Los procesos convencionales y las instalaciones correspondientes que se utilizan principalmente para la mineralización de agua son la adición y disolución de cal con carbonatación parcial por dióxido de carbono y filtración en lecho de piedra caliza, también llamados contactores de calcita. Otros procesos de mineralización menos frecuentes comprenden, por ejemplo, la adición de cal hidratada y carbonato de sodio, la adición de sulfato de calcio e hidrogenocarbonato de sodio, o la adición de cloruro de calcio e hidrogenocarbonato de sodio.
El proceso con cal involucra el tratamiento de la disolución de cal con agua acidificada con CO2 , en la que está involucrada la siguiente reacción:
Ca(OH)2 + 2 CO2 → Ca2+ + 2 HCO3-
Como se puede deducir del esquema de reacción anterior, se necesitan dos equivalentes de CO2 para convertir un equivalente de Ca(OH)2 en Ca2+ e hidrogenocarbonato para la mineralización. Este método depende de la adición de dos equivalentes de CO2 para convertir los iones de hidróxido alcalino en la especie amortiguadora HCO3-. Para la mineralización de agua, se prepara una disolución saturada de hidróxido cálcico, comúnmente llamada agua de cal, del 0,1-0,2 % en peso respecto del peso total a partir de una lechada de cal (normalmente como máximo un 5 % en peso). Por lo tanto, se debe utilizar un saturador para producir agua de cal y se necesitan grandes volúmenes de agua de cal para lograr el nivel deseado de contenido de mineral y alcalinidad. Un inconveniente adicional de este método es que la cal hidratada es corrosiva y requiere una manipulación adecuada y un equipo específico. Además, una adición mal controlada de cal hidratada al agua blanda puede provocar cambios de pH indeseables debido a la ausencia de propiedades amortiguadoras de la cal.
El proceso de filtración en un lecho de piedra caliza comprende la etapa de hacer pasar agua blanda a través de un lecho de piedra caliza granular que disuelve el carbonato cálcico en el flujo de agua. Al ponerse en contacto la piedra caliza con agua acidificada con CO2 se mineraliza el agua de acuerdo con:
CaCO3 + CO2 + H2O → Ca2+ + 2 HCO3-
A diferencia del proceso con cal, solo es necesario estequiométricamente un equivalente de CO2 para convertir un equivalente de CaCO3 en Ca2+ e hidrogenocarbonato para la mineralización y la adición de alcalinidad. Además, la piedra caliza no es corrosiva y debido a las propiedades amortiguadoras del CaCO3, se evitan grandes cambios de pH. Sin embargo, a medida que aumenta el pH, la reacción se ralentiza de manera tal que se debe añadir más CO2 para asegurar que se disuelva suficiente CaCO3. El CO2 que no ha reaccionado se elimina luego mediante extracción o neutralización con hidróxido de sodio.
Los métodos y sistemas para la mineralización de agua usando lechada de cal o una suspensión de cal se describen en los documentos US 7.374.694 y EP 0520826. El documento US 5.914.046 describe un método para reducir la acidez en descargas de efluentes usando un lecho pulsado de piedra caliza.
El documento US 7.771.599 describe un método para la mineralización de agua de proceso en un sistema de desalinización. El método secuestra dióxido de carbono gaseoso desde el agua de mar o un concentrado (salmuera) del proceso de desalinización a través de una membrana de transferencia de gases. El dióxido de carbono gaseoso secuestrado se usa posteriormente en la producción de hidrogenocarbonato cálcico soluble (Ca(HCO3)2). El
documento WO 2012/020056 A1 se refiere a un proceso para la mineralización de agua que comprende las etapas de proporcionar agua de alimentación e inyectar dióxido de carbono gaseoso y una suspensión en el agua de alimentación, donde la suspensión comprende carbonato cálcico micronizado. El documento WO 2010/023742 A2 describe un método y un aparato para producir agua potable mediante el procesamiento posterior (tratamiento posterior) de agua desalinizada obtenida por desalación de agua de mar mediante destilación u ósmosis inversa. El método incluye un proceso de absorción de dióxido de carbono que suministra en exceso dióxido de carbono al agua desalinizada para absorber el dióxido de carbono, un proceso de mineralización que pasa el agua desalinizada en la que se absorbe el dióxido de carbono a través de un filtro de piedra caliza en el que la piedra caliza se llena para formar iones de calcio e iones de hidrogenocarbonato, y un proceso de escape de dióxido de carbono que suministra aire al agua desalinizada que pasa a través del proceso de mineralización para extraer el dióxido de carbono con el aire para obtener el agua potable. El documento WO 2012/113957 A1 se refiere a un método para la remineralización de fluidos, en el que se controla la turbidez final. El método incluye etapas que comprenden la dosificación de reactivos, remineralización y filtración. El documento EP 2565165 A1 se refiere a un proceso para la mineralización de agua que comprende las etapas de proporcionar agua de alimentación, proporcionar una disolución acuosa de carbonato cálcico, donde la disolución acuosa de carbonato cálcico comprende carbonato cálcico disuelto y especies de reacción del mismo, y combinar el agua de alimentación y la disolución acuosa de carbonato cálcico. El documento EP 2623466 A1 se refiere a un proceso para la preparación de una disolución acuosa que comprende al menos un hidrogenocarbonato alcalinotérreo y sus usos. El proceso puede llevarse a cabo en un sistema reactor que comprende un tanque equipado con un agitador, al menos un dispositivo de filtración y un dispositivo de trituración. El documento EP 2623467 A1 se refiere a un proceso para la preparación de una disolución acuosa que comprende al menos un hidrogenocarbonato alcalinotérreo y sus usos. El proceso se lleva a cabo en un sistema reactor que comprende un tanque equipado con un agitador y al menos un dispositivo de filtración. El documento EP 2623564 A1 se refiere a una instalación para la purificación de minerales, pigmentos y/o rellenos y/o la preparación de un carbonato alcalinotérreo precipitado y/o la mineralización de agua y al uso de dicha instalación para la purificación de minerales, pigmentos y/o rellenos y/o la mineralización de agua y/o la preparación de un carbonato alcalinotérreo precipitado. El documento WO 2013/132399 A1 se refiere a la mineralización de agua que se lleva a cabo mezclando carbonato en forma de polvo en un proceso rápido en el agua, generando CO2 en el agua pero añadiéndole turbidez. El agua tratada se envía a través de un reactor con carbonato granular, en el que el CO2 del agua disuelve el carbonato adicional en un proceso lento. El reactor actúa simultáneamente para agregar más minerales y alcalinidad al agua y para eliminar la turbidez del agua disolviendo el polvo residual y filtrando las partículas no disolubles. El documento CN 102826689 A1 se refiere a un proceso de tratamiento posterior de agua de mar desalada, que comprende las etapas de: (1) agregar CO2 a agua de mar desalada y mezclarlo suficientemente; y (2) mineralizar el agua de mar desalada con el CO2 agregado en un estanque de mineralización; disponer un lecho filtrante de carbonato cálcico en el estanque de mineralización; y permitir que el agua de mar desalada con el CO2 agregado pase a través del lecho filtrante de carbonato cálcico para ponerse en contacto y reaccionar suficientemente con el carbonato cálcico. El documento WO 2013/014026 A1 se refiere a un proceso para tratar el agua y al uso de carbonato cálcico en dicho proceso. En particular, se dirige a un proceso de remineralización de agua que comprende las etapas de (a) proporcionar agua de alimentación que tiene una concentración de dióxido de carbono de al menos 20 mg/l, preferiblemente en un intervalo de 25 a 100 mg/l, y más preferiblemente en un intervalo de 30 a 60 mg/l, (b) proporcionar una suspensión acuosa que comprende carbonato cálcico micronizado, y (c) combinar el agua de alimentación de la etapa (a) y la suspensión acuosa de la etapa (b) para obtener agua remineralizada. El documento WO 2014/187666 A1 se refiere a un sistema de múltiples lotes para la preparación de una disolución de hidrogenocarbonato cálcico y al uso de dicho sistema de dos lotes para la preparación de una disolución de hidrogenocarbonato cálcico. El documento WO 2014/187613 A1 se refiere a una instalación para la preparación de una disolución de hidrogenocarbonato cálcico y al uso de dicha instalación para la preparación continua de una disolución de hidrogenocarbonato cálcico, así como a la utilización de dicha instalación para la remineralización de agua.
El documento US 2009/0101573 A1 se refiere a un aparato y método de tratamiento de aguas residuales, en el que un tanque de mezcla mineral recibe agua tratada biológicamente, lodo que se genera mediante tratamiento biológico, y lodo mineral que contiene calcio y otros elementos de un tanque de decantación. Una bomba de mineral devuelve el lodo y el agua tratada desde el tanque de mezcla mineral a un tanque de agua sin tratar. Una bomba de elevación de aire hace circular el agua de tratamiento entre un tanque de reaireación que tiene una sección semi-anaeróbica y un tanque de desnitrificación. Durante la circulación del agua de tratamiento entre el tanque de reaireación y el tanque de desnitrificación, la sección semi-anaeróbica alivia el cambio de ambiente para los microorganismos y de ese modo se proporciona el entorno requerido para facilitar la propagación de los microorganismos. La bomba de elevación de aire permite la agitación con un bajo consumo de energía incluso cuando los microorganismos se cultivan hasta una alta concentración de los mismos. El documento WO 2006/128730 A1 describe un proceso para tratar una corriente de alimentación de un medio acuoso de una composición dada, que comprende componentes disueltos potencialmente formadores de incrustaciones, en un sistema de ósmosis inversa (OI) en condiciones de proceso determinadas, proporcionando una corriente de producto permeado y una corriente de producto retenido (concentrado) que comprende componentes potencialmente formadores de incrustaciones a una concentración suficientemente alta para causar la formación de incrustaciones en aquellas partes del sistema de OI que están en contacto con dicho producto retenido en ausencia de un inhibidor de incrustaciones, en cuyo proceso (a) el producto retenido se monitoriza continuamente para detectar la presencia de partículas de componentes potencialmente formadores de incrustaciones en dicho producto retenido y se registra continuamente una lectura de uno o más parámetros físicos del producto retenido relacionados con la presencia de tales partículas; (b) dicha lectura registrada se compara continuamente con
los valores de medición para dicho o dichos parámetros de un producto retenido obtenido a partir de un medio acuoso de la misma composición bajo las mismas condiciones de proceso cuyos valores han sido predeterminados empíricamente; y (c) se agrega una cantidad de inhibidor de incrustaciones al sistema OI antes de la membrana una vez que la lectura registrada para el o los parámetros difiere de dichos valores de medición predeterminados, y dicha cantidad de inhibidor de incrustaciones se ha predeterminado empíricamente para evitar la formación de incrustaciones bajo dichas condiciones. El documento WO 98/46533 A1 se refiere a un sistema de purificación de agua para eliminar al menos uno de la materia orgánica natural, color, turbidez, bacterias, quistes y oocistos, virus, compuestos de arsénico e impurezas insolubles. El sistema comprende las etapas de proporcionar una masa de agua a purificar; controlar el pH de la masa en un intervalo de 5 a 8; y agregar un coagulante a la masa para proporcionar un flóculo. El flóculo se mantiene en la masa en una concentración en el intervalo de 1 a 6, con el propósito de adsorber al menos uno de la materia orgánica natural, color, turbidez y bacterias para proporcionar agua tratada. Posteriormente, una primera porción del agua tratada y el flóculo se elimina de la masa de agua. El documento US 6.027.649 A se refiere a un sistema de purificación de agua para eliminar al menos uno de materia orgánica natural, color, turbidez, bacterias, quistes y oocistos, virus, compuestos de arsénico e impurezas insolubles. El sistema comprende las etapas de proporcionar una masa de agua a purificar; controlar el pH de la masa en un intervalo de 5 a 8; y agregar un coagulante a la masa para proporcionar un flóculo. El flóculo se mantiene en la masa a una concentración en el intervalo de 1 a 6, con el propósito de adsorber al menos uno de la materia orgánica natural, color, turbidez y bacterias para proporcionar un agua tratada. Posteriormente, una primera porción del agua tratada y el flóculo se elimina de la masa de agua. Se proporciona una membrana semipermeable sumergida en la masa de agua para eliminar una segunda porción del agua tratada. La membrana tiene un tamaño de poro en el intervalo de 0,02 a 1 μm para proporcionar un producto permeado compuesto de agua purificada y proporcionar un producto retenido que contiene el flóculo. La masa de agua se trata mediante mezcla para minimizar la contaminación de la membrana y para proporcionar una mezcla completa del flóculo en la masa de agua. El documento US 2010/0224541 A1 describe un tubo difusor de burbujas finas que puede generar burbujas finas de manera homogénea y uniforme incluso cuando el tubo difusor tiene una longitud larga, un dispositivo difusor de burbujas finas que usa dicho tubo y un aparato de separación mediante membrana sumergida. El documento US 2013/0064741 A1 se refiere a un sistema para la fijación de dióxido de carbono. El sistema comprende un primer reactor para extraer componentes de metales alcalinos de una escoria y un segundo reactor para carbonatar con dióxido de carbono el componente de metales alcalinos extraído. Con este sistema, el dióxido de carbono se puede fijar de una manera más simple y económica. El documento US 2015/010458 A1 se refiere a una instalación para la preparación de una disolución acuosa que comprende un hidrogenocarbonato alcalinotérreo que utiliza una membrana de flujo cruzado.
Sin embargo, las instalaciones descritas en la técnica anterior tienen la desventaja de que la mineralización y/o estabilización del agua y especialmente la preparación de una disolución acuosa que comprende al menos un hidrogenocarbonato alcalinotérreo utilizado para la mineralización de agua muestran una eficiencia de CO2 mejorable y/o un consumo excesivo de energía.
En vista de lo anterior, la mejora de la mineralización y/o estabilización del agua sigue siendo de interés para el experto. Sería especialmente deseable proporcionar una instalación alternativa o mejorada para la preparación de una disolución acuosa que comprenda al menos un hidrogenocarbonato alcalinotérreo que pueda prepararse de una manera más eficiente, económica y ecológica, especialmente permitiendo un aumento en la eficiencia del consumo de CO2 para la instalación o el proceso llevado a cabo en la misma, y sin un consumo excesivo de energía para la instalación y el proceso correspondiente.
Por lo tanto, un objetivo de la presente invención es proporcionar una instalación para la preparación de una disolución acuosa que comprende al menos un hidrogenocarbonato alcalinotérreo. También se puede considerar otro objetivo la provisión de una instalación para la preparación de una disolución acuosa que comprende al menos un hidrogenocarbonato alcalinotérreo que aumenta la eficiencia del consumo de CO2 para la instalación o el proceso llevado a cabo en la misma. Se puede considerar un objetivo adicional la provisión de una instalación para la preparación de una disolución acuosa que comprende al menos un hidrogenocarbonato alcalinotérreo que permite una disminución del consumo total de energía para la instalación y el proceso correspondiente. Se puede considerar otro objetivo la provisión de una instalación para la preparación de una disolución acuosa que comprende al menos un hidrogenocarbonato alcalinotérreo, en el que la producción de lodo disminuye en comparación con un sistema de cal típico de la técnica anterior.
Uno o más de los problemas anteriores y otros se resuelven mediante la materia definida en la presente memoria en las reivindicaciones independientes. Las realizaciones ventajosas de la presente invención se definen en las sub reivindicaciones correspondientes.
Un primer aspecto de la presente invención se refiere a una instalación para la preparación de una disolución acuosa que comprende al menos un hidrogenocarbonato alcalinotérreo. La instalación comprende
a) un conducto del flujo del proceso que proporciona agua,
b) al menos una unidad de dosificación que es adecuada para dosificar un material que comprende al menos un carbonato alcalinotérreo en al menos una parte del agua proporcionada en el conducto del flujo del proceso para obtener una suspensión acuosa que comprende un material que comprende al menos un carbonato
alcalinotérreo;
c) al menos un medio adecuado para dosificar CO2 o un ácido que tiene un valor de pKa <5 en al menos una parte del agua proporcionada en el conducto del flujo del proceso o la suspensión acuosa que comprende un material que comprende al menos un carbonato alcalinotérreo para obtener una suspensión acuosa S1 que comprende al menos un hidrogenocarbonato alcalinotérreo, y
d) un contenedor que está conectado a al menos un conducto del flujo del proceso por una entrada, en donde el contenedor
i) está configurado de modo que al menos un módulo de membrana sumergida está situado en el contenedor para filtrar al menos una parte de la suspensión acuosa S1 haciendo pasar la suspensión acuosa S1 a través del al menos un módulo de membrana sumergida para obtener una disolución acuosa S2 que comprende al menos un hidrogenocarbonato alcalinotérreo, y
ii) comprende al menos una salida para liberar la disolución acuosa S2 que comprende al menos un hidrogenocarbonato alcalinotérreo del contenedor.
De acuerdo con un aspecto adicional de la presente invención, se describe el uso de la instalación, como se define en la presente memoria, para la preparación de una disolución acuosa que comprende al menos un hidrogenocarbonato alcalinotérreo.
De acuerdo con otro aspecto de la presente invención, se describe el uso de la instalación, como se define en la presente memoria, para la mineralización y/o estabilización del agua.
De acuerdo con una realización de la presente instalación, la al menos una unidad de dosificación i) está conectada a un contenedor de almacenamiento para material sólido, y/o ii) está configurada de manera que el material que comprende al menos un carbonato alcalinotérreo se dosifica directamente en el agua proporcionada en el conducto del flujo del proceso, o iii) está conectada a un recipiente adecuado para preparar una suspensión acuosa que comprende un material que comprende al menos un carbonato alcalinotérreo, en donde el recipiente está conectado al conducto del flujo del proceso por una entrada para introducir el agua proporcionada en el conducto del flujo del proceso y una salida para liberar la suspensión acuosa que comprende un material que comprende al menos un carbonato alcalinotérreo, o iv) está conectada al contenedor.
De acuerdo con otra realización de la presente instalación, el contenedor es un tanque reactor, preferiblemente un tanque reactor sellado.
De acuerdo con la invención, el contenedor comprende medios de recirculación que están configurados de manera que se recircula el aire o el fluido del proceso a través de al menos una parte de la superficie del al menos un módulo de membrana sumergida desde la dirección inferior a la superior del al menos un módulo de membrana sumergida y/o el contenedor.
De acuerdo con una realización de la presente instalación, el al menos un medio c) está i) configurado de manera que el CO2 o el ácido que tiene un valor de pKa <5 se dosifica directamente en el agua proporcionada en el conducto del flujo del proceso, o ii) está conectado a un recipiente adecuado para preparar una suspensión acuosa S1 que comprende al menos un hidrogenocarbonato alcalinotérreo, en donde el recipiente está conectado al conducto del flujo del proceso por una entrada para introducir el agua suministrada en el conducto del flujo del proceso y una salida para liberar la suspensión acuosa S1 que comprende al menos un hidrogenocarbonato alcalinotérreo, o iii) está conectado al contenedor, preferiblemente a los medios de recirculación adecuados para recircular el aire o el fluido del proceso a través de al menos una parte de la superficie del al menos un módulo de membrana sumergida desde la dirección inferior a la superior del al menos un módulo de membrana sumergida y/o el contenedor.
De acuerdo con otra realización de la presente instalación, en donde el al menos un módulo de membrana sumergida a) tiene un tamaño de poro <1 μm, y más preferiblemente <0,1 μm, por ejemplo, de 0,04 a 0,9 μm, tal como aproximadamente 0,04 μm o 0,08 μm, y/o b) tiene un flujo de >10 l/(m2h), preferiblemente en el intervalo de 50 a 150 l/(m2h), y lo más preferiblemente en el intervalo de 80 a 150 l/(m2h), y/o c) es de cerámica, polímero, u otro material sintético.
De acuerdo con otra realización más de la presente instalación, el al menos un conducto del flujo del proceso comprende uno o más conducto(s) principal(es) del flujo del proceso.
De acuerdo con una realización de la presente instalación, el al menos un conducto del flujo del proceso comprende dos conductos principales del flujo del proceso, preferiblemente una rama principal del conducto principal del flujo del proceso y una rama lateral del conducto principal del flujo del proceso.
De acuerdo con otra realización de la presente instalación, la al menos una unidad de dosificación está situada en la rama lateral del conducto principal del flujo del proceso.
De acuerdo con otra realización más de la presente instalación, la rama principal del conducto principal del flujo del
proceso y la rama lateral del conducto principal del flujo del proceso están configuradas de manera que se fusionan aguas arriba del contenedor.
De acuerdo con una realización de la presente instalación, el al menos un conducto del flujo del proceso comprende un conducto principal del flujo del proceso y uno o más conducto(s) lateral(es) del flujo del proceso, preferiblemente un conducto principal del flujo del proceso y uno o dos conducto(s) lateral(es) del flujo del proceso.
De acuerdo con otra realización de la presente instalación, el al menos un conducto del flujo del proceso comprende un conducto principal del flujo del proceso y dos conductos laterales del flujo del proceso, preferiblemente una rama principal del conducto lateral del flujo del proceso y una rama lateral del conducto lateral del flujo del proceso.
De acuerdo con otra realización más de la presente instalación, la al menos una unidad de dosificación está situada en el conducto lateral del flujo del proceso o, si está presente, en la rama lateral del conducto lateral del flujo del proceso.
De acuerdo con una realización de la presente instalación, la rama principal del conducto lateral del flujo del proceso y la rama lateral del conducto lateral del flujo del proceso están configuradas de manera que se fusionan aguas arriba del contenedor.
De acuerdo con otra realización de la presente instalación, el conducto principal del flujo del proceso y el conducto lateral del flujo del proceso están configurados de manera que se fusionan aguas abajo del contenedor.
De acuerdo con otra realización más de la presente instalación, la instalación comprende medios de dosificación de base aguas abajo del contenedor para introducir una base en la disolución acuosa S2 que comprende al menos un hidrogenocarbonato alcalinotérreo.
De acuerdo con una realización de la presente instalación, la instalación comprende medios de dosificación de base para introducir una base en el conducto principal del flujo del proceso aguas abajo de donde se fusionan el conducto lateral del flujo del proceso y el conducto principal del flujo del proceso, preferiblemente para introducir una base en la mezcla de la disolución acuosa S2 que comprende al menos un hidrogenocarbonato alcalinotérreo junto con el agua en el conducto principal del flujo del proceso.
Debe entenderse que, para el propósito de la presente invención, los siguientes términos tienen el siguiente significado.
El término "material que comprende carbonato alcalinotérreo" puede referirse a un material que comprende al menos un 50,0 % en peso de carbonato alcalinotérreo, respecto del peso seco total del material que comprende carbonato alcalinotérreo.
Un "material que comprende carbonato cálcico", en el sentido de la presente invención, se refiere a un material que es una fuente de carbonato cálcico y preferiblemente se selecciona de carbonato cálcico molido, carbonato cálcico precipitado, carbonato cálcico reaccionado en superficie, dolomita y mezclas de los mismos.
El término ''mineralización'', tal como se usa en la presente invención, se refiere al aumento tanto de iones minerales esenciales como de alcalinidad en un agua que no contiene minerales o alcalinidad en absoluto, o en cantidades insuficientes para que el agua posea palatabilidad. Se puede lograr una mineralización al agregar al menos el carbonato alcalinotérreo específico, como el carbonato cálcico, en forma de materia prima solo al agua a tratar. Opcionalmente, por ejemplo, para los beneficios relacionados con la salud para garantizar la ingesta adecuada de algunos minerales esenciales y oligoelementos, se pueden mezclar otras sustancias, como sales de magnesio, con el carbonato alcalinotérreo, como carbonato cálcico, y luego se pueden agregar al agua durante el proceso de mineralización. Según las directrices nacionales sobre salud humana y calidad del agua potable, el producto mineralizado puede comprender minerales adicionales seleccionados del grupo que comprende potasio o sodio, sulfato de magnesio, hidrogenocarbonato de potasio, hidrogenocarbonato de sodio u otros minerales que contienen oligoelementos esenciales y mezclas de los mismos. Preferiblemente, el producto mineralizado comprende minerales adicionales seleccionados del grupo que comprende sulfato de magnesio, hidrogenocarbonato de potasio, hidrogenocarbonato de sodio y mezclas de los mismos.
El término "estabilización", como se usa en la presente invención, se refiere al aumento del contenido mineral y la alcalinidad, a la neutralización o eliminación del dióxido de carbono "agresivo" restante y/o al aumento del pH para lograr una calidad final estable y equilibrada del agua. La estabilización se logra preferiblemente extrayendo el dióxido de carbono agresivo, añadiendo una base al agua mineralizada obtenida mediante la instalación inventiva, o una combinación de ambos.
La expresión "eficiencia de CO2", en el sentido de la presente invención, se refiere a la relación de CO2 en el proceso llevado a cabo en la instalación, tanto inicialmente en del agua de alimentación proporcionada en el conducto del flujo del proceso como el CO2 adicional proporcionado con al menos un medio c) (medido en mmol/l), respecto de la cantidad de carbonato alcalinotérreo (proporcionado con al menos un medio de dosificación) que se convierte en hidrogenocarbonato alcalinotérreo (medido en mmol/l) como el aumento de carbonato alcalinotérreo desde el agua de alimentación proporcionada en el conducto del flujo del proceso hasta la disolución acuosa S2 producida en el contenedor de la instalación inventiva.
En el sentido de la presente invención, las expresiones "acidificado" o "ácido" se refieren a la teoría de Bronsted-Lowry, y por lo tanto se refieren al proveedor de iones H3O+. Además, el valor de pH de un ácido puede ser >7, tal como en el intervalo de >7 a 7,5, siempre que esté disponible una base correspondiente adecuada para aceptar el ion H3O+ donado por el ácido.
Para el propósito de la presente solicitud, el "valor de pKa" representa la constante de disociación de un ácido asociada con un hidrógeno ionizable dado en un ácido dado, y es indicativo del grado natural de disociación de este hidrógeno de este ácido en equilibrio en agua a una temperatura dada. Dichos valores de pKa se pueden encontrar en libros de texto de referencia tales como Harris, D. C. "Quantitative Chemical Analysis: 3rd Edition", 1991, W. H. Freeman & Co. (USA), ISBN 0-7167-2170-8. El valor de pKa se puede determinar según los métodos de la técnica anterior, que son muy conocidos para la persona experta. El valor de pKa de un ácido depende de la temperatura y, a menos que se indique expresamente lo contrario, los valores de pKa de acuerdo con la presente invención se refieren a una temperatura de 25 °C.
El término "aguas abajo", en el significado de la presente invención, se refiere a la posición posterior después de otra unidad de la instalación.
El término "aguas arriba", en el significado de la presente invención, se refiere a la posición anterior antes de otra unidad de la instalación.
Cuando el término "que comprende" se usa en la presente descripción y las reivindicaciones, no excluye otros elementos. Para los fines de la presente invención, el término "que consiste en" se considera una realización preferida del término "que comprende”. Si en lo sucesivo se define que un grupo comprende al menos un cierto número de realizaciones, también debe entenderse que describe un grupo, que preferiblemente consiste únicamente en estas realizaciones.
Cuando se usa un artículo indefinido o definido cuando se hace referencia a un sustantivo singular, por ejemplo, "un", "una" o "el/la", esto incluye un plural de ese sustantivo, a menos que se especifique algo más.
Los términos "obtenible" o "definible" y "obtenido" o "definido" se usan indistintamente. Esto significa que, a menos que el contexto indique claramente lo contrario, el término "obtenido" no pretende indicar que, por ejemplo, una realización deba obtenerse mediante, por ejemplo, la secuencia de etapas siguientes al término "obtenido", aunque dicha comprensión limitada siempre está incluida por los términos "obtenido" o "definido" como una realización preferida.
Los inventores de la presente invención descubrieron sorprendentemente que tal instalación permite al experto preparar una disolución acuosa que comprende al menos un hidrogenocarbonato alcalinotérreo. Los inventores de la presente invención descubrieron además de manera sorprendente que tal instalación aumenta la eficiencia del consumo de CO2 para la instalación o el proceso llevado a cabo en la misma. Además, tal instalación permite una disminución del consumo total de energía para la instalación y el proceso correspondiente. Además de esto, tal instalación permite disminuir la producción de lodo, especialmente en comparación con un sistema de cal típico de la técnica anterior.
A continuación, se describirán con más precisión los detalles y las realizaciones preferidas de la instalación inventiva para la preparación de una disolución acuosa que comprende al menos un hidrogenocarbonato alcalinotérreo. Debe entenderse que estos detalles técnicos y realizaciones también se aplican a los usos inventivos, en la medida en que sean aplicables.
Por lo tanto, la presente invención proporciona una instalación para la preparación de una disolución acuosa que comprende al menos un hidrogenocarbonato alcalinotérreo, y la instalación comprende
a) un conducto del flujo del proceso que proporciona agua,
b) al menos una unidad de dosificación que es adecuada para dosificar un material que comprende al menos un carbonato alcalinotérreo en al menos una parte del agua proporcionada en el conducto del flujo del proceso para obtener una suspensión acuosa que comprende un material que comprende al menos un carbonato alcalinotérreo;
c) al menos un medio que es adecuado para dosificar CO2 o un ácido que tiene un valor de pKa <5 en al menos una parte del agua proporcionada en el conducto del flujo del proceso o la suspensión acuosa que comprende un material que comprende al menos un carbonato alcalinotérreo para obtener una suspensión acuosa S1 que comprende al menos un hidrogenocarbonato alcalinotérreo, y
d) un contenedor que está conectado a al menos un conducto del flujo del proceso por una entrada, en donde el contenedor
i) está configurado de modo que al menos un módulo de membrana sumergida está situado en el contenedor para filtrar al menos una parte de la suspensión acuosa S1 haciendo pasar la suspensión acuosa S1 a través del al menos un módulo de membrana sumergida para obtener una disolución acuosa S2 que comprende al menos un hidrogenocarbonato alcalinotérreo, y
ii) comprende al menos una salida para liberar la disolución acuosa S2 que comprende al menos un hidrogenocarbonato alcalinotérreo del contenedor,
Donde el contenedor comprende medios de recirculación que están configurados de manera que se recircula el aire o el fluido del proceso a través de al menos una parte de la superficie del al menos un módulo de membrana sumergida desde la dirección inferior a la superior del al menos un módulo de membrana sumergida y/o el contenedor.
La instalación de la presente invención es aplicable a cualquier proceso para la preparación de una disolución acuosa que comprende al menos un hidrogenocarbonato alcalinotérreo. Por ejemplo, la instalación es aplicable a la preparación de una disolución acuosa que comprende al menos un hidrogenocarbonato alcalinotérreo que es adecuado para la mineralización y/o estabilización del agua.
El término disolución "acuosa" se refiere a un sistema, en donde el disolvente acuoso comprende, preferiblemente consiste en, agua. Sin embargo, dicho término no excluye que el disolvente acuoso comprenda cantidades minoritarias de al menos un disolvente orgánico miscible en agua seleccionado del grupo que comprende metanol, etanol, acetona, acetonitrilo, tetrahidrofurano y mezclas de los mismos. Preferiblemente, el disolvente acuoso comprende agua en una cantidad de al menos un 80,0 % en peso, preferiblemente al menos un 90,0 % en peso, más preferiblemente al menos un 95,0 % en peso, incluso más preferiblemente al menos un 99,0 % en peso, respecto del peso total del solvente acuoso. Por ejemplo, el solvente acuoso consiste en agua.
El término "disolución" acuosa, en el sentido de la presente invención, se refiere a un sistema que comprende un disolvente acuoso y partículas de carbonato alcalinotérreo y/o hidrogenocarbonato alcalinotérreo, en donde las partículas de carbonato alcalinotérreo y/o hidrogenocarbonato alcalinotérreo están disueltas en el solvente acuoso. El término "disuelto", en el significado de la presente invención, se refiere a sistemas en los que no se observan partículas sólidas discretas en el disolvente acuoso.
El término "al menos un" hidrogenocarbonato alcalinotérreo, en el sentido de la presente invención, significa que el hidrogenocarbonato alcalinotérreo comprende, preferiblemente, uno o más hidrogenocarbonato(s) alcalinotérreo(s).
En una realización de la presente invención, el al menos un hidrogenocarbonato alcalinotérreo comprende, preferiblemente consiste en, un hidrogenocarbonato alcalinotérreo. Alternativamente, el al menos un hidrogenocarbonato alcalinotérreo comprende, preferiblemente consiste en, dos o más hidrogenocarbonatos alcalinotérreos. Por ejemplo, el al menos un hidrogenocarbonato alcalinotérreo comprende, preferiblemente consiste en, dos hidrogenocarbonatos alcalinotérreos.
Preferiblemente, el al menos un hidrogenocarbonato alcalinotérreo comprende, más preferiblemente consiste en, un hidrogenocarbonato alcalinotérreo.
En una realización de la presente invención, el al menos un hidrogenocarbonato alcalinotérreo se selecciona del grupo que consiste en hidrogenocarbonato de calcio, hidrogenocarbonato de magnesio y mezclas de los mismos. Preferiblemente, el al menos un hidrogenocarbonato alcalinotérreo comprende, preferiblemente consiste en, hidrogenocarbonato cálcico.
a): Conducto del flujo del proceso que proporciona agua
De acuerdo con el punto a) de la instalación inventiva, la instalación comprende un conducto del flujo del proceso que proporciona agua.
Se aprecia que el conducto del flujo del proceso está formado preferiblemente por tubos, tuberías y otros artículos similares que son adecuados para acoplar las unidades adicionales (por ejemplo, la al menos una unidad de dosificación, al menos un medio c) y el contenedor) de la instalación entre sí de manera que se logre una comunicación fluida entre las unidades, es decir, un flujo de fluido tal como el de una suspensión desde una unidad de la instalación inventiva a otra unidad. El conducto del flujo del proceso puede ser cualquier tipo de tubos, tuberías y otros artículos de este tipo conocidos por el experto y típicamente usados para las unidades de acoplamiento.
El agua suministrada en el conducto del flujo del proceso puede proceder de diversas fuentes y puede seleccionarse de agua destilada, agua corriente, agua industrial, agua desalinizada como agua de mar desalinizada, agua salobre, aguas residuales tratadas, agua tratada por ósmosis inversa o agua naturalmente blanda como agua subterránea, agua superficial o de lluvia. También puede contener entre 10 y 2000 mg/l de NaCl. Preferiblemente, el agua proporcionada en el conducto del flujo del proceso es agua desalinizada, por ejemplo, el permeado o destilado obtenido a partir de un proceso de desalinización.
En una realización de la instalación inventiva, el agua proporcionada en el conducto del flujo del proceso es agua a mineralizar. Es decir, el agua proporcionada en el conducto del flujo del proceso es agua que no contiene minerales o alcalinidad en absoluto o en cantidades insuficientes.
El agua proporcionada en el conducto del flujo del proceso puede pretratarse. Puede ser necesario un pretratamiento, por ejemplo, en caso de que el agua proceda de agua superficial, agua subterránea o agua de lluvia. Por ejemplo,
para lograr las directrices para el agua potable, el agua debe tratarse mediante el uso de técnicas químicas o físicas para eliminar los contaminantes, como compuestos orgánicos y minerales indeseables. Por ejemplo, se puede usar la ozonización como una primera etapa de pretratamiento, seguida luego por coagulación, floculación, o decantación como una segunda etapa de tratamiento. Por ejemplo, pueden usarse sales de hierro (III) tales como FeClSO4 o FeCh, o sales de aluminio tales como AlCh, Al2(SO4)3 o polialuminio como agentes de floculación. Los materiales floculados pueden eliminarse del agua, por ejemplo, mediante filtros de arena o filtros de varias capas. Se describen procesos de purificación de agua adicionales que se pueden usar para tratar previamente el agua, por ejemplo, en los documentos EP 1975310, EP 1982759, EP 1974807 o EP 1974806.
Si se proporciona agua de mar o agua salobre en el conducto del flujo del proceso, primero se bombea el agua de mar o el agua salobre mediante tomas en mar abierto o tomas bajo la superficie, como pozos, y luego se somete a pretratamientos físicos tales como tamizado, sedimentación o procesos de eliminación de arena. Dependiendo de la calidad del agua requerida, pueden ser necesarias etapas de tratamiento adicionales como la coagulación y la floculación para reducir la posible contaminación de las membranas. El agua de mar pretratada o el agua salobre se pueden destilar, por ejemplo, usando una destilación instantánea multietapa, destilación multiefecto o filtración con membrana, tal como nanofiltración u ósmosis inversa, para eliminar las partículas restantes y las sustancias disueltas.
Debe observarse que el agua proporcionada en el conducto del flujo del proceso se proporciona preferiblemente en un conducto principal del flujo del proceso (17) y en uno o más conductos laterales del flujo del proceso (15).
Es decir, una parte del agua proporcionada en el conducto del flujo del proceso se proporciona en el conducto principal del flujo del proceso (17) y la parte restante del agua en uno o más conductos laterales del flujo del proceso (15). Por lo tanto, el conducto principal del flujo del proceso (17) y el o los conducto(s) lateral(es) del flujo del proceso (15) están conectados entre sí, preferiblemente porque uno o más conductos laterales del flujo del proceso (15) está(n) conectados al conducto principal del flujo del proceso (17) por su entrada y salida.
El conducto del flujo del proceso comprende preferiblemente un conducto principal del flujo del proceso (17) y uno o más conductos laterales del flujo del proceso (15). Más preferiblemente, el al menos un conducto del flujo del proceso comprende un conducto principal del flujo del proceso (17) y uno o dos conducto(s) lateral(es) del flujo del proceso (15). Por ejemplo, el al menos un conducto del flujo del proceso comprende un conducto principal del flujo del proceso (17) y un conducto lateral del flujo del proceso (15).
Un conducto del flujo del proceso se considera conducto lateral del flujo del proceso (15) si el conducto principal del flujo del proceso (17) y el o los conducto(s) lateral(es) del flujo del proceso (15) se fusionan después de obtener la disolución acuosa S2 en el contenedor, preferiblemente el tanque reactor (1).
Por lo tanto, el conducto principal del flujo del proceso (17) y el conducto lateral del flujo del proceso (15) están configurados preferiblemente de manera que se fusionan aguas abajo del contenedor.
Si el conducto del flujo del proceso comprende dos o más conductos laterales del flujo del proceso (15), los dos o más conductos laterales del flujo del proceso (15) pueden comprender una rama principal del conducto lateral del flujo del proceso (15a) y una o más ramas laterales del conducto lateral del flujo del proceso (15b). Por ejemplo, dos conductos laterales del flujo del proceso (15) comprenden una rama principal del conducto lateral del flujo del proceso (15a) y una rama lateral del conducto lateral del flujo del proceso (15b).
Se aprecia que los dos o más conductos laterales del flujo del proceso (15) pueden ramificarse en una rama lateral del conducto lateral del flujo del proceso (15b) que proporciona agua para la preparación de la suspensión acuosa que comprende un material que comprende al menos un carbonato alcalinotérreo o la suspensión acuosa S1 y una rama principal del conducto lateral del flujo del proceso (15a) que proporciona agua para diluir la suspensión acuosa que comprende al menos un material que contiene carbonato alcalinotérreo o la suspensión acuosa S1 preparada en la rama lateral del conducto lateral del flujo del proceso (15b). En otras palabras, la rama lateral del conducto lateral del flujo del proceso (15b) proporciona agua para la suspensión acuosa de material que comprende carbonato alcalinotérreo o la suspensión acuosa S1, mientras que la rama principal del conducto lateral del flujo del proceso (15a) proporciona agua directamente en el contenedor, preferiblemente el tanque reactor (1).
Por lo tanto, una rama lateral se considera rama lateral del conducto lateral del flujo del proceso (15b) si la rama principal del conducto lateral del flujo del proceso (15a) y la o las ramas laterales se fusionan antes de que la suspensión acuosa de material que comprende carbonato alcalinotérreo o la suspensión acuosa S1 se dirija al contenedor, preferiblemente el tanque reactor (1). Es decir, la suspensión acuosa de material que comprende carbonato alcalinotérreo o la suspensión acuosa S1 se prepara en la rama lateral del conducto lateral del flujo del proceso (15b) y luego se dirige a la rama principal del conducto lateral del flujo del proceso (15a), por ejemplo, para diluir la suspensión acuosa de material que comprende carbonato alcalinotérreo o la suspensión acuosa S1, y a continuación, la suspensión acuosa diluida de material que comprende carbonato alcalinotérreo o la suspensión acuosa S1 se dirige a través de la rama principal del conducto lateral del flujo del proceso (15a) al contenedor, preferiblemente el tanque reactor (1).
De este modo, la rama principal del conducto lateral del flujo del proceso (15a) y la rama lateral del conducto lateral del flujo del proceso (15b) están configuradas preferiblemente de modo que se fusionan aguas arriba del contenedor.
Alternativamente, el agua proporcionada en al menos un conducto del flujo del proceso se proporciona solamente en el conducto principal del flujo del proceso (17). Es decir, esta instalación no comprende al menos un conducto lateral del flujo del proceso. Por lo tanto, en una realización, el conducto del flujo del proceso comprende uno o más conducto(s) principal(es) del flujo del proceso (17). Preferiblemente, el conducto del flujo del proceso consiste en uno o más conducto(s) principal(es) del flujo del proceso (17).
En una realización, el conducto del flujo del proceso comprende dos o más conductos principales del flujo del proceso (17). Preferiblemente, el conducto principal del flujo del proceso (17) puede comprender una rama principal del conducto principal del flujo del proceso (17a) y una o más ramas laterales del conducto principal del flujo del proceso (17b).
Por ejemplo, dos conductos principales del flujo del proceso (17) comprenden una rama principal del conducto principal del flujo del proceso (17a) y una rama lateral del conducto principal del flujo del proceso (17b).
Se aprecia que el conducto del flujo del proceso (17) puede ramificarse en una rama lateral del conducto principal del flujo del proceso (17b) que proporciona agua para la preparación de la suspensión acuosa de material que comprende carbonato alcalinotérreo o la suspensión acuosa S1 y una rama principal del conducto principal del flujo del proceso (17a) que proporciona agua para diluir la suspensión acuosa de material que comprende carbonato alcalinotérreo o la suspensión acuosa S1 preparada en la rama lateral del conducto principal del flujo del proceso (17b). En otras palabras, la rama lateral del conducto principal del flujo del proceso (17b) proporciona agua para la suspensión acuosa de material que comprende carbonato alcalinotérreo o la suspensión acuosa S1, mientras que la rama principal del conducto principal del flujo del proceso (17a) proporciona agua directamente en el contenedor, preferiblemente el tanque reactor (1).
Debe observarse que una rama lateral se considera rama lateral del conducto principal del flujo del proceso (17b) si la rama principal del conducto principal del flujo del proceso (17a) y la o las ramas laterales se fusionan antes de que la suspensión acuosa de material que comprende carbonato alcalinotérreo o la suspensión acuosa S1 se dirija al contenedor, preferiblemente el tanque reactor (1). Es decir, la suspensión acuosa de material que comprende carbonato alcalinotérreo o la suspensión acuosa S1 se prepara en la rama lateral del conducto principal del flujo del proceso (17b) y luego se dirige a la rama principal del conducto principal del flujo del proceso (17a), por ejemplo, para diluir la suspensión acuosa de material que comprende carbonato alcalinotérreo o la suspensión acuosa S1, y a continuación, la suspensión acuosa diluida de material que comprende carbonato alcalinotérreo o la suspensión acuosa S1 se dirige a través de la rama principal del conducto principal del flujo del proceso (17a) al contenedor, preferiblemente el tanque reactor (1).
Por lo tanto, la rama principal del conducto principal del flujo del proceso (17a) y la rama lateral del conducto principal del flujo del proceso (17b) están preferiblemente configuradas de manera que se fusionan aguas arriba del contenedor.
b): Unidad de dosificación para un material que comprende al menos un carbonato alcalinotérreo
De acuerdo con el punto b) de la instalación inventiva, la instalación comprende al menos una unidad de dosificación (25) que es adecuada para dosificar un material que comprende al menos un carbonato alcalinotérreo en al menos una parte del agua proporcionada en el conducto del flujo del proceso para obtener una suspensión acuosa que comprende un material que comprende al menos un carbonato alcalinotérreo.
El término "al menos una" unidad de dosificación, en el sentido de la presente invención, significa que la instalación comprende una o más unidad(es) de dosificación. Por ejemplo, la instalación comprende una o dos, más preferiblemente una, unidad(es) de dosificación.
La al menos una unidad de dosificación puede ser cualquier tipo de unidad de dosificación conocida por las personas expertas, y se usan típicamente para dosificar materiales que comprenden carbonato alcalinotérreo en una corriente de agua o directamente en un tanque.
La al menos una unidad de dosificación está configurada para dosificar un material que comprende al menos un carbonato alcalinotérreo en al menos una parte del agua proporcionada en el conducto del flujo del proceso. El material que comprende al menos un carbonato alcalinotérreo preferiblemente comprende, más preferiblemente consiste en, uno o dos, por ejemplo un, material que comprende carbonato alcalinotérreo. Por ejemplo, la al menos una unidad de dosificación está configurada para dosificar un material que comprende al menos un carbonato alcalinotérreo que comprende, más preferiblemente que consiste en, un material que comprende carbonato cálcico, en al menos una parte del agua proporcionada en el conducto del flujo del proceso.
De acuerdo con una realización, el material que comprende al menos un carbonato alcalinotérreo, preferiblemente el material que comprende carbonato cálcico, se selecciona del grupo que consiste en carbonato cálcico precipitado, carbonato cálcico modificado, carbonato cálcico molido y mezclas de los mismos. Preferiblemente, la al menos una unidad de dosificación está configurada para dosificar carbonato cálcico molido en al menos una parte del agua proporcionada en el conducto del flujo del proceso.
El "carbonato cálcico molido (CCM)", en el sentido de la presente invención, es un carbonato cálcico obtenido de fuentes naturales que incluye mármol, tiza o piedra caliza, y procesado a través de un tratamiento tal como molienda,
cribado y/o fraccionamiento por vía húmeda y/o seca, por ejemplo, mediante un ciclón.
El "carbonato cálcico precipitado (CCP)", en el sentido de la presente invención, es un material sintetizado, generalmente obtenido mediante precipitación después de la reacción de dióxido de carbono y cal en un medio acuoso o mediante precipitación de una fuente de calcio y carbonato en agua o mediante precipitación de iones calcio y carbonato, por ejemplo CaCl2 y Na2CO3, de la disolución. El carbonato cálcico precipitado existe en tres formas cristalinas primarias: calcita, aragonita y vaterita, y hay muchos polimorfos diferentes (hábitos cristalinos) para cada una de estas formas cristalinas. La calcita tiene una estructura trigonal con hábitos cristalinos típicos tales como escalenoédrico (S-CCP), romboédrico (R-CCP), prismático hexagonal, pinacoidal, coloidal (C-CCP), cúbico y prismático (P-CCP). La aragonita es una estructura ortorrómbica con hábitos cristalinos típicos de los cristales prismáticos hexagonales maclados, así como una variedad diversa de prismáticos delgados alargados, de hoja curva, piramidales afilados, cristales en forma de cincel, en forma de árbol ramificado, y formas coralinas o vermiformes.
El "carbonato cálcico modificado", en el sentido de la presente invención, es un carbonato cálcico natural reaccionado en superficie que se obtiene mediante un proceso en el que el carbonato cálcico natural reacciona con uno o más donantes de iones H3O+ que tienen un pKa a 25 °C de 2,5 o menos y con CO2 gaseoso formado in situ y/o procedente de un suministro externo, y opcionalmente en presencia de al menos un silicato de aluminio y/o al menos una sílice sintética y/o al menos un silicato de calcio y/o al menos un silicato de una sal monovalente tal como silicato de sodio y/o silicato de potasio y/o silicato de litio, y/o al menos un hidróxido de aluminio y/o al menos un silicato de sodio y/o potasio. Se describen detalles adicionales sobre la preparación del carbonato cálcico natural reaccionado en superficie en los documentos WO 00/39222, WO 2004/083316 y US 2004/0020410 A1, y el contenido de estas referencias se incluye con la presente solicitud de patente.
El material que comprende carbonato alcalinotérreo, preferiblemente el material que comprende carbonato cálcico, es preferiblemente un carbonato cálcico molido (CCM).
Por ejemplo, el material que comprende al menos un carbonato alcalinotérreo, preferiblemente el material que comprende carbonato cálcico, se selecciona del grupo que comprende mármol, piedra caliza, tiza, cal semicalcinada, cal calcinada, caliza dolomítica, dolomita calcárea, dolomita semicalcinada, dolomita calcinada, y carbonatos alcalinotérreos precipitados tales como carbonato cálcico precipitado, por ejemplo de estructura cristalina mineral calcítica, aragonítica y/o vaterítica, por ejemplo a partir de un endurecimiento del agua mediante la adición de Ca(OH)2. Se prefiere el uso de mármol, piedra caliza y/o tiza porque son minerales naturales y la turbidez de la calidad final del agua potable está garantizada por el uso de una disolución acuosa clara que comprende al menos un hidrogenocarbonato alcalinotérreo que se produce utilizando estos minerales naturales. Los depósitos de mármol natural contienen en su mayoría impurezas de silicato insolubles en ácido. Sin embargo, tales silicatos insolubles en ácido, a veces coloreados, no afectan a la calidad final del agua con respecto a la turbidez cuando se usa el producto que se prepara mediante el proceso inventivo.
Por lo tanto, la al menos una unidad de dosificación está configurada para dosificar carbonato cálcico molido (CCM) seleccionado del grupo que consiste en mármol, piedra caliza, tiza y mezclas de los mismos en al menos una parte del agua proporcionada en el conducto del flujo del proceso.
De acuerdo con una realización de la presente invención, el material que comprende al menos un carbonato alcalinotérreo comprende, preferiblemente consiste en, partículas que consisten en carbonato alcalinotérreo en una cantidad de >40,0 % en peso, preferiblemente del 90,0 % en peso, más preferiblemente de >95,0 % en peso, y lo más preferiblemente de >97,0 % en peso, respecto del peso total en seco del material que comprende al menos un carbonato alcalinotérreo.
Por ejemplo, el al menos un material que comprende carbonato cálcico comprende, preferiblemente consiste en, partículas que consisten en carbonato cálcico en una cantidad de >40,0 % en peso, preferiblemente del 90,0 % en peso, más preferiblemente de >95,0 % en peso, y lo más preferiblemente >97,0 % en peso, respecto del peso total en seco del al menos un material que comprende carbonato cálcico.
Se prefiere además que la al menos una unidad de dosificación esté configurada para dosificar un material que comprende carbonato alcalinotérreo micronizado, preferiblemente un material que comprende carbonato cálcico en al menos una parte del agua proporcionada en el conducto del flujo del proceso.
Para el propósito de la presente invención, el término "micronizado" se refiere a un tamaño de partícula en el intervalo de micrómetros, por ejemplo, un tamaño de partícula de 0,1 a 50,0 μm. Las partículas micronizadas pueden obtenerse mediante técnicas basadas en la fricción y/o el impacto, por ejemplo, molienda o trituración en condiciones húmedas o secas. Sin embargo, también es posible producir las partículas micronizadas por cualquier otro método adecuado, por ejemplo, mediante precipitación, expansión rápida de disoluciones supercríticas, secado por pulverización, clasificación o fraccionamiento de arenas naturales o lodos, filtración de agua, procesos sol-gel, síntesis mediante reacción en aerosol, síntesis en llama o síntesis en espuma líquida.
Por ejemplo, el material que comprende al menos un carbonato alcalinotérreo, preferiblemente el material que comprende carbonato cálcico, tiene un tamaño de partícula mediano en peso dso de 0,1 a 50,0 μm, preferiblemente de 0,2 a 25,0 μm, más preferiblemente de 0,3 a 10,0 μm, y lo más preferiblemente de 0,5 a 5,0 μm.
A lo largo del presente documento, el "tamaño de partícula" de un material que comprende carbonato alcalinotérreo y otros materiales se describe por su distribución de tamaños de partícula.
En la presente memoria, el valor dx representa el diámetro con respecto al cual el x % en peso de las partículas tienen diámetros menores que dx. Esto significa que, por ejemplo, el valor d2o es el tamaño de partícula al cual el 20 % en peso de todas las partículas son más pequeñas que ese tamaño de partícula. El valor de dso es, por lo tanto, el tamaño mediano de partícula en peso, es decir, el 50 % en peso de todos los granos son más grandes y el 50 % en peso restante es más pequeño que este tamaño de partícula. Para el propósito de la presente invención, el tamaño de partícula se especifica como un tamaño de partícula mediano en peso dso a menos que se indique lo contrario. El valor dgs es el tamaño de partícula en el cual el 98 % en peso de todas las partículas son más pequeñas que ese tamaño de partícula. Los tamaños de partícula se determinaron utilizando un instrumento Sedigraph™ 5100 o 5120 de Micromeritics Instrument Corporation. La persona experta conoce el método y el instrumento, y se usan habitualmente para determinar el tamaño de partícula de los rellenos y pigmentos. Las mediciones se llevaron a cabo en una disolución acuosa del 0,1 % en peso de Na4P2O7. Las muestras se dispersaron usando un agitador de alta velocidad y se sonicaron.
En una realización de la presente invención, el material que comprende carbonato alcalinotérreo, preferiblemente el material que comprende carbonato cálcico, tiene un área superficial específica BET de 0,01 a 200,0 m2/g, y preferiblemente de 1,0 a 100,0 m2/g, medida por adsorción de gas nitrógeno usando la isoterma BET (norma ISO 9277:2010).
Adicional o alternativamente, el material que comprende al menos un carbonato alcalinotérreo, preferiblemente el material que comprende carbonato cálcico, puede comprender un contenido insoluble en HCl del 0,02 al 50,0 % en peso, del 0,03 al 25,0 % en peso, o del 0,05 al 10,0 % en peso, respecto del peso total del material que comprende al menos un carbonato alcalinotérreo, preferiblemente el material que comprende carbonato cálcico. Preferiblemente, el contenido insoluble en HCl del material que comprende al menos un carbonato alcalinotérreo no excede el 1,0 % en peso, respecto del peso total del carbonato cálcico. El contenido insoluble en HCl puede ser, por ejemplo, minerales tales como cuarzo, silicato o mica.
En una realización, la al menos una unidad de dosificación está configurada para dosificar el material que comprende carbonato alcalinotérreo, preferiblemente el material que comprende carbonato cálcico, en forma seca o en forma acuosa en al menos una parte del agua proporcionada en el conducto del flujo del proceso.
Si la al menos una unidad de dosificación está configurada para dosificar el material que comprende carbonato alcalinotérreo, preferiblemente el material que comprende carbonato cálcico, en forma seca en al menos una parte del agua proporcionada en el conducto del flujo del proceso, la al menos una unidad de dosificación está configurada para dosificar el material que comprende carbonato alcalinotérreo, preferiblemente el material que comprende carbonato cálcico, en forma de un polvo o en forma granular en al menos una parte del agua proporcionada en el conducto del flujo del proceso.
El término "seco", con respecto a un material que comprende al menos un carbonato alcalinotérreo, preferiblemente el material que comprende carbonato cálcico, se entiende que es un material que tiene menos del 0,3 % en peso de agua respecto del peso del material que comprende al menos un carbonato alcalinotérreo. El % de agua se determina según el método de medición de Karl Fischer coulométrico, en donde el material que comprende al menos un carbonato alcalinotérreo se calienta a 220 °C, y el contenido de agua se libera en forma de vapor y se aísla usando una corriente de gas nitrógeno (a 100 ml/min) y se determina en una unidad Karl Fischer coulométrica.
Si el material que comprende al menos un carbonato alcalinotérreo se dosifica en forma seca con la al menos una unidad de dosificación en al menos una parte del agua proporcionada en el conducto del flujo del proceso, el material que comprende carbonato alcalinotérreo seco se puede dosificar en un sistema de reducción de lodo que luego se combina con el agua en el conducto del flujo del proceso.
Si la al menos una unidad de dosificación está configurada para dosificar el material que comprende carbonato alcalinotérreo, preferiblemente material que comprende carbonato cálcico, en forma acuosa en al menos una parte del agua proporcionada en el conducto del flujo del proceso, la al menos una unidad de dosificación está configurada para dosificar el material que comprende carbonato alcalinotérreo, preferiblemente el material que comprende carbonato cálcico, en forma de una suspensión acuosa en al menos una parte del agua proporcionada en el conducto del flujo del proceso. La suspensión acuosa preferiblemente tiene un contenido de sólidos en el intervalo del 0,01 al 20,0 % en peso, más preferiblemente en el intervalo del 1,0 al 15,0 % en peso y más preferiblemente en el intervalo del 2,0 al 10,0 % en peso, respecto del peso total de la suspensión. En esta realización, la al menos una unidad de dosificación está configurada preferiblemente de manera que esta suspensión acuosa se genera in situ usando una suspensión altamente concentrada sin usar ningún agente dispersante que tenga, por ejemplo, un contenido sólido entre el 30,0 y el 60,0 % en peso, tal como aproximadamente un 40 % en peso, o usando el material que comprende carbonato alcalinotérreo, preferiblemente el material que comprende carbonato cálcico, en forma sólida, por ejemplo, en forma de polvo o gránulos.
Para el propósito de la presente invención, una "suspensión" o "lodo" se refiere a un sistema que comprende un
disolvente, es decir, un disolvente acuoso, y partículas de un material que comprende carbonato alcalino y/o un hidrogenocarbonato alcalinotérreo, en donde al menos una parte de las partículas del material que comprende carbonato alcalinotérreo y/o el hidrogenocarbonato alcalinotérreo están presentes como sólidos insolubles en el disolvente acuoso. Dicho término no excluye que una parte de las partículas del material que comprende carbonato alcalinotérreo y/o el hidrogenocarbonato alcalinotérreo se disuelva en el disolvente acuoso.
Además del material que comprende al menos un carbonato alcalinotérreo, preferiblemente el material que comprende carbonato cálcico, la suspensión que comprende el material que comprende al menos un carbonato alcalinotérreo, preferiblemente el material que comprende carbonato cálcico, puede comprender minerales micronizados adicionales. Según una realización, la suspensión que comprende el material que comprende al menos un carbonato alcalinotérreo, preferiblemente el material que comprende carbonato cálcico, puede comprender carbonato cálcico magnésico micronizado, por ejemplo, caliza dolomítica, dolomita calcárea o dolomita semicalcinada, óxido de magnesio tal como dolomita calcinada, sulfato de magnesio, hidrogenocarbonato de potasio, hidrogenocarbonato de sodio y/u otros minerales que contienen oligoelementos esenciales.
Por ejemplo, el material que comprende al menos un carbonato alcalinotérreo, preferiblemente el material que comprende carbonato cálcico, dosificado con al menos una unidad de dosificación (25) en al menos una parte del agua proporcionada en el conducto del flujo del proceso se proporciona en un contenedor de almacenamiento (13) para material sólido. Por tanto, la al menos una unidad de dosificación (25) está conectada preferiblemente a un contenedor de almacenamiento (13) para material sólido.
El contenedor de almacenamiento (13) puede ser cualquier tipo de contenedor de almacenamiento conocido para la persona experta y típicamente utilizado para almacenar materiales que comprenden carbonato alcalinotérreo.
Adicional o alternativamente, la al menos una unidad de dosificación (25) está conectada a un recipiente (14) adecuado para la preparación de una suspensión que comprende un material que comprende al menos un carbonato alcalinotérreo. En una realización, la al menos una unidad de dosificación (25) está conectada preferiblemente a un contenedor de almacenamiento (13) para material sólido, que está conectado a un recipiente (14) adecuado para la preparación de una suspensión que comprende un material que comprende al menos un carbonato alcalinotérreo.
El recipiente (14) puede ser cualquier tipo de recipiente conocido por la persona experta y se usa típicamente para la preparación de una suspensión que comprende un material que comprende al menos un carbonato alcalinotérreo.
Preferiblemente, el recipiente (14) está conectado al conducto del flujo del proceso por una entrada para introducir el agua proporcionada en el conducto del flujo del proceso y una salida para liberar la suspensión acuosa que comprende un material que comprende al menos un carbonato alcalinotérreo.
Por ejemplo, el recipiente (14) está conectado con el conducto lateral del flujo del proceso (15) o, si el conducto lateral del flujo del proceso comprende una rama lateral, el recipiente (14) está preferiblemente conectado con la rama lateral del conducto lateral del flujo del proceso (15b) de manera que el agua proporcionada en el conducto lateral del flujo del proceso (15) o la rama lateral del conducto lateral del flujo del proceso (15b) se usa para la preparación de la suspensión que comprende un material que comprende al menos un carbonato alcalinotérreo, preferiblemente el material que comprende carbonato cálcico. La suspensión que comprende un material que comprende al menos un carbonato alcalinotérreo, preferiblemente el material que comprende carbonato cálcico, (16) se transfiere preferiblemente a un contenedor, preferiblemente un tanque reactor (1). Si el conducto lateral del flujo del proceso (15) comprende una rama lateral, la rama lateral del conducto lateral del flujo del proceso (15b) está preferiblemente conectada a la rama principal del conducto lateral del flujo del proceso (15a) aguas arriba del contenedor, preferiblemente el tanque reactor (1). Así, la al menos una unidad de dosificación, por ejemplo, conectada al contenedor de almacenamiento (13) y al recipiente (14), está situada en el conducto lateral del flujo del proceso (15) o, si el conducto lateral del flujo del proceso comprende una rama lateral, la al menos una unidad de dosificación, por ejemplo, conectada al contenedor de almacenamiento (13) y al recipiente (14), está situada en la rama lateral del conducto lateral del flujo del proceso (15b).
Alternativamente, el material que comprende carbonato alcalinotérreo se puede combinar con el agua del conducto lateral del flujo del proceso (15) en un contenedor, preferiblemente en un tanque reactor (1). Es decir, el material que comprende al menos un carbonato alcalinotérreo, preferiblemente el material que comprende carbonato cálcico, puede proporcionarse en un contenedor de almacenamiento (13), que está directamente conectado a un contenedor, preferiblemente al tanque reactor (1).
Por lo tanto, la al menos una unidad de dosificación puede estar conectada a un contenedor, preferiblemente un tanque reactor (1). En una realización, la al menos una unidad de dosificación (25) está conectada a un contenedor de almacenamiento (13), que está directamente conectado a un contenedor, preferiblemente un tanque reactor (1).
En una realización alternativa, el material que comprende al menos un carbonato alcalinotérreo, preferiblemente el material que comprende carbonato cálcico, se dosifica directamente en el agua proporcionada en el conducto del flujo del proceso.
Por lo tanto, la al menos una unidad de dosificación (25) puede estar configurado de manera que el material que
comprende al menos un carbonato alcalinotérreo se dosifica directamente en el agua proporcionada en el conducto del flujo del proceso. En una realización, la al menos una unidad de dosificación (25) está conectada a un contenedor de almacenamiento (13), y la al menos una unidad de dosificación está configurada de manera que el al menos un material que contiene carbonato alcalinotérreo se dosifica directamente en el agua proporcionada en el conducto del flujo del proceso.
Por ejemplo, la al menos una unidad de dosificación (25) está configurada de manera que el material que comprende al menos un carbonato alcalinotérreo se dosifica directamente en el agua proporcionada en el conducto lateral del flujo del proceso (15) o, si el conducto lateral del flujo del proceso comprende una rama lateral, la al menos una unidad de dosificación está configurada de manera que el material que comprende al menos un carbonato alcalinotérreo se dosifica directamente en el agua proporcionada en la rama lateral del conducto lateral del flujo del proceso (15b). Se aprecia que el agua proporcionada en el conducto lateral del flujo del proceso (15) o la rama lateral del conducto lateral del flujo del proceso (15b) se usa para la preparación de la suspensión que comprende un material que comprende al menos un carbonato alcalinotérreo, preferiblemente el material que comprende carbonato cálcico.
De este modo, se aprecia que la al menos una unidad de dosificación (25) está situada en el conducto lateral del flujo del proceso. Si el conducto lateral del flujo del proceso comprende una rama principal del conducto lateral del flujo del proceso y una rama lateral del conducto lateral del flujo del proceso, la al menos una unidad de dosificación está situada en la rama lateral del conducto lateral del flujo del proceso.
Si el al menos un conducto del flujo del proceso consiste en el conducto principal del flujo del proceso (17), es decir, no comprende uno o más conductos laterales del flujo del proceso (15), la al menos una unidad de dosificación (25) está preferiblemente conectada a un contenedor de almacenamiento (13) para material sólido, que está conectado a un recipiente (14) adecuado para la preparación de una suspensión que comprende un material que comprende al menos un carbonato alcalinotérreo.
Preferiblemente, el recipiente (14) está conectado con el conducto principal del flujo del proceso (17) o, si el conducto principal del flujo del proceso comprende una rama lateral, el recipiente (14) está preferiblemente conectado con la rama lateral del conducto principal del flujo del proceso (17b), de modo que el agua proporcionada en el conducto principal del flujo del proceso (17) o la rama lateral del conducto principal del flujo del proceso (17b) se usa para la preparación de la suspensión acuosa S1 que comprende un material que comprende al menos un carbonato alcalinotérreo, preferiblemente el material que comprende carbonato cálcico. La suspensión que comprende un material que comprende al menos un carbonato alcalinotérreo, preferiblemente el material que comprende carbonato cálcico, (16) se transfiere preferiblemente a un contenedor, preferiblemente un tanque reactor (1). Si el conducto principal del flujo del proceso (17) comprende una rama lateral, la rama lateral del conducto principal del flujo del proceso (17b) está preferiblemente conectada a la rama principal del conducto principal del flujo del proceso (17a) aguas arriba del contenedor, preferiblemente el tanque reactor (1). Por lo tanto, la al menos una unidad de dosificación, por ejemplo, el contenedor de almacenamiento (13) y el recipiente (14), está situada en el conducto principal del flujo del proceso (17) o, si el conducto principal del flujo del proceso comprende una rama lateral, la al menos una unidad de dosificación, por ejemplo, conectada al contenedor de almacenamiento (13) y al recipiente (14), está situada en la rama lateral del conducto principal del flujo del proceso (17b).
Alternativamente, el material que comprende carbonato alcalinotérreo se puede combinar con el agua del conducto principal del flujo del proceso (17) en un contenedor, preferiblemente en un tanque reactor (1). Es decir, el material que comprende al menos un carbonato alcalinotérreo, preferiblemente el material que comprende carbonato cálcico, puede proporcionarse en un contenedor de almacenamiento (13), que está directamente conectado a un contenedor, preferiblemente al tanque reactor (1).
Por lo tanto, la al menos una unidad de dosificación puede estar conectada a un contenedor, preferiblemente un tanque reactor (1). En una realización, la al menos una unidad de dosificación (25) está conectada a un contenedor de almacenamiento (13), que está directamente conectado a un contenedor, preferiblemente un tanque reactor (1).
En una realización alternativa, la al menos una unidad de dosificación (25) está configurada de manera que el material que comprende al menos un carbonato alcalinotérreo se dosifica directamente en el agua proporcionada en el conducto principal del flujo del proceso (17) o, si el conducto principal del flujo del proceso comprende una rama lateral, la al menos una unidad de dosificación está configurada de manera que el material que comprende al menos un carbonato alcalinotérreo se dosifica directamente en el agua proporcionada en la rama lateral del conducto principal del flujo del proceso (17b). Se aprecia que el agua proporcionada en el conducto principal del flujo del proceso (17) o la rama lateral del conducto principal del flujo del proceso (15b) se usa para la preparación de la suspensión acuosa S1 que comprende un material que comprende al menos un carbonato alcalinotérreo, preferiblemente el material que comprende carbonato cálcico. En esta realización, la rama principal del conducto principal del flujo del proceso (17a) y la rama lateral del conducto principal del flujo del proceso (17b) están configuradas de modo que se fusionan aguas arriba del contenedor.
De este modo, se aprecia que la al menos una unidad de dosificación (25) está situada en el conducto principal del flujo del proceso si el conducto del flujo del proceso consiste en el conducto principal del flujo del proceso (17). Si el conducto principal del flujo del proceso comprende una rama principal del conducto principal del flujo del proceso (17a)
y una rama lateral del conducto principal del flujo del proceso (17b), la al menos una unidad de dosificación está situada en la rama lateral del conducto principal del flujo del proceso (17b).
De este modo, la al menos una unidad de dosificación está situada preferiblemente aguas abajo de la fuente de agua proporcionada en el conducto del flujo del proceso. Si el conducto del flujo del proceso comprende un conducto principal del flujo del proceso (17) y un conducto lateral del flujo del proceso (15), la al menos una unidad de dosificación está situada preferiblemente aguas abajo del conducto lateral del flujo del proceso (15), es decir, después de que el conducto del flujo del proceso se ramifique para formar el conducto principal del flujo del proceso (17) y el conducto lateral del flujo del proceso (15).
Si el conducto principal del flujo del proceso (17) o el conducto lateral del flujo del proceso (15) comprende ramas, la al menos una unidad de dosificación (25) está localizada preferiblemente aguas abajo de la rama lateral del conducto principal del flujo del proceso (17b) o la rama lateral del conducto lateral del flujo del proceso (15b), es decir, después de que el conducto principal del flujo del proceso (17) o el conducto lateral del flujo del proceso (15) se ramifique para formar la rama lateral correspondiente. Adicional o alternativamente, la al menos una unidad de dosificación (25) está localizada preferiblemente aguas arriba del punto donde se fusionan la rama lateral (17b) y la rama principal (17a) del conducto principal del flujo del proceso o la rama lateral (15b) y la rama principal (15a) del conducto lateral del flujo del proceso.
Preferiblemente, la al menos una unidad de dosificación (25) está situada aguas arriba del contenedor, más preferiblemente el tanque reactor (1).
c): Medio para dosificar CO2 o un ácido
De acuerdo con el punto c) de la instalación inventiva, la instalación comprende al menos un medio que es adecuado para dosificar CO2 o un ácido que tiene un valor de pKa <5 en al menos una parte del agua proporcionada en el conducto del flujo del proceso o la suspensión acuosa que comprende un material que comprende al menos un carbonato alcalinotérreo para obtener una suspensión acuosa S1 que comprende al menos un hidrogenocarbonato alcalinotérreo.
El término "al menos un" medio que es adecuado para dosificar CO2 o un ácido que tiene un valor de pKa <5, en el sentido de la presente invención, significa que la instalación comprende uno o más medios que son adecuados para dosificar CO2 o un ácido que tiene un valor de pKa <5. Por ejemplo, la instalación comprende uno o dos, más preferiblemente un, medio que es adecuado para dosificar CO2 o un ácido que tiene un valor de pKa <5.
El al menos un medio c) puede ser cualquier tipo de medio conocido por la persona experta y se usa típicamente para dosificar CO2 o un ácido que tiene un valor de pKa <5 en el agua.
El al menos un medio está configurado para dosificar CO2 o un ácido que tiene un valor de pKa <5 en al menos una parte del agua proporcionada en el conducto del flujo del proceso.
El al menos un medio es preferiblemente adecuado para dosificar dióxido de carbono seleccionado de dióxido de carbono gaseoso, dióxido de carbono líquido, dióxido de carbono sólido y una mezcla gaseosa de dióxido de carbono y otros gases, tal como dióxido de carbono que contiene gases de chimenea extraídos de procesos industriales como procesos de combustión o procesos de calcinación o similares. Preferiblemente, el dióxido de carbono es dióxido de carbono gaseoso. Cuando se usa una mezcla gaseosa de dióxido de carbono y otros gases, el dióxido de carbono está presente en el intervalo del 90,0 a aproximadamente el 99,0 % en volumen, y preferiblemente en el intervalo del 95,0 al 99,0 % en volumen, respecto del volumen total de la mezcla gaseosa. Por ejemplo, el dióxido de carbono está presente en una cantidad de al menos un 97,0 % en volumen, respecto del volumen total de la mezcla gaseosa.
Alternativamente, el al menos un medio es adecuado para dosificar un ácido que tiene un valor de pKa <5, preferiblemente <4 a 25 °C. Por ejemplo, el al menos un medio es preferiblemente adecuado para dosificar un ácido que se selecciona del grupo que consiste en ácido sulfúrico, ácido clorhídrico, ácido nítrico o ácido cítrico y mezclas de los mismos. En una realización, el al menos un medio es adecuado para dosificar un ácido elegido de los ácidos con un valor de pKa menor de o igual a cero a 25 °C, y más particularmente elegido de ácido sulfúrico, ácido clorhídrico o mezclas de los mismos. Alternativamente, el al menos un medio es adecuado para dosificar un ácido que es una sal que tiene un pH ácido, tal como sales de hidrógeno de metal alcalino, por ejemplo NaHSO4 y/o KHSO4.
Preferiblemente, el al menos un medio es adecuado para dosificar CO2.
En una realización, se dosifica CO2 o un ácido que tiene un valor de pKa <5 en el contenedor (1). Por lo tanto, el al menos un medio c) está conectado preferiblemente al contenedor, más preferiblemente al tanque reactor (1).
De acuerdo con la invención, el contenedor, preferiblemente el tanque reactor (1), está conectado a medios de recirculación que comprenden una corriente de aire de recirculación (5). Por ejemplo, los medios de recirculación están dispuestos de manera que la corriente de aire se recircula desde la dirección inferior a la superior del contenedor, preferiblemente el tanque reactor (1). En una realización, el al menos un medio c) está configurado de manera que el CO2 o el ácido que tiene un valor de pKa <5 se inyecta en la corriente de aire de recirculación (5) de los medios de
recirculación. Es decir, el al menos un medio c) está configurado de manera que el CO2 o el ácido que tiene un valor de pKa <5 se inyecta en el aire o el fluido del proceso de la corriente de aire de recirculación (5) del medio de recirculación.
Por lo tanto, el contenedor, preferiblemente el tanque reactor (1), comprende medios de recirculación que están configurados de manera que el aire o el fluido del proceso se recircula a través de al menos una parte de la superficie del al menos un módulo de membrana sumergida desde la dirección inferior a la superior del al menos un módulo de membrana sumergida y/o el contenedor, preferiblemente el tanque reactor (1).
Alternativamente, el al menos un medio puede estar configurado de manera que el CO2 o el ácido que tiene un valor de pKa <5 se dosifica directamente en el agua proporcionada en el conducto del flujo del proceso.
Por ejemplo, el al menos un medio puede estar configurado de manera que el CO2 o el ácido que tiene un valor de pKa <5 se dosifica directamente en el agua proporcionada en el conducto lateral del flujo del proceso (15) o, si el conducto lateral del flujo del proceso comprende una rama lateral, el al menos un medio puede estar configurado de manera que el CO2 o el ácido que tiene un valor de pKa <5 se dosifica directamente en el agua proporcionada en la rama principal del flujo lateral del proceso (15a), o la rama lateral del conducto lateral del flujo del proceso (15b).
De este modo, se aprecia que el al menos un medio puede estar situado en el conducto lateral del flujo del proceso (15). Si el conducto lateral del flujo del proceso (15) comprende una rama principal del conducto lateral del flujo del proceso (15a) y una o más ramas laterales del conducto lateral del flujo del proceso (15b), el al menos un medio está situado preferiblemente en una de las ramas laterales del conducto lateral del flujo del proceso (15b).
En una realización alternativa, el al menos un medio puede estar configurado de manera que el CO2 o el ácido que tiene un valor de pKa <5 se dosifica directamente en el agua proporcionada en el conducto principal del flujo del proceso (17) o, si el conducto principal del flujo del proceso comprende una rama lateral, el al menos un medio puede estar configurado de manera que el CO2 o el ácido que tiene un valor de pKa <5 se dosifica directamente en el agua proporcionada en la rama principal del conducto principal del flujo del proceso (17a) o el agua proporcionada en la rama lateral del conducto principal del flujo del proceso (17b).
De este modo, se aprecia que el al menos un medio puede estar situado en el conducto principal del flujo del proceso si el conducto del flujo del proceso consiste en el conducto principal del flujo del proceso (17). Si el conducto principal del flujo del proceso comprende una rama principal del conducto principal del flujo del proceso (17a) y una o más ramas laterales del conducto principal del flujo del proceso (17b), el al menos un medio está situado preferiblemente en una de las ramas laterales del conducto principal del flujo del proceso (17b).
En una realización alternativa, el al menos un medio está conectado a un recipiente (14) adecuado para la preparación de una suspensión acuosa S1 que comprende al menos un hidrogenocarbonato alcalinotérreo. Preferiblemente, el recipiente (14) está conectado al conducto del flujo del proceso por una entrada para introducir el agua proporcionada en el conducto del flujo del proceso y una salida para liberar la suspensión acuosa S1 que comprende al menos un hidrogenocarbonato alcalinotérreo.
En una realización, el recipiente (14) está así preferiblemente conectado a la al menos una unidad de dosificación, por ejemplo, conectado al contenedor de almacenamiento (13), y el al menos un medio c). Alternativamente, la al menos una unidad de dosificación, por ejemplo, conectada al contenedor de almacenamiento (13), está conectada a un recipiente (14a) y el al menos un medio c) está conectado a otro recipiente (14b). En este caso, el al menos un medio c) está situado preferiblemente aguas abajo de la al menos una unidad de dosificación.
Por lo tanto, el al menos un medio c) y el recipiente (14) están situados preferiblemente en el conducto lateral del flujo del proceso (15) o, si el conducto lateral del flujo del proceso comprende una rama lateral, al menos un medio c) y el recipiente (14) están situados en la rama lateral del conducto lateral del flujo del proceso (15b).
Si el al menos un conducto del flujo del proceso consiste en el conducto principal del flujo del proceso (17), es decir, no comprende uno o más conductos laterales del flujo del proceso (15), el al menos un medio c) y el recipiente (14) están conectados con el conducto principal del flujo del proceso (17) o, si el conducto principal del flujo del proceso comprende una rama lateral, al menos un medio c) y el recipiente (14) están preferiblemente conectados con la rama lateral del conducto principal del flujo del proceso (17b).
Por lo tanto, el al menos un medio c) está situado preferiblemente aguas abajo de la fuente de agua proporcionada en el conducto del flujo del proceso. Si el conducto del flujo del proceso comprende un conducto principal del flujo del proceso (17) y un conducto lateral del flujo del proceso (15), el al menos un medio c) está situado preferiblemente aguas abajo del conducto lateral del flujo del proceso (15), es decir, después de que el conducto del flujo del proceso se ramifique para formar el conducto principal del flujo del proceso (17) y el conducto lateral del flujo del proceso (15).
Si el conducto principal del flujo del proceso (17) o el conducto lateral del flujo del proceso (15) comprende ramas, el al menos un medio c) está situado preferiblemente aguas abajo de la rama lateral del conducto principal del flujo del proceso (17) o la rama lateral del conducto lateral del flujo del proceso (15), es decir, después de que el conducto principal del flujo del proceso (17) o el conducto lateral del flujo del proceso (15) se ramifique para formar la rama
lateral correspondiente.
Preferiblemente, el al menos un medio c) está preferiblemente situado aguas arriba del contenedor, más preferiblemente el tanque reactor (1).
Alternativamente, el al menos un medio c) está conectado al contenedor, más preferiblemente a los medios de recirculación adecuados para recircular el aire o el fluido del proceso a través de al menos una parte de la superficie del al menos un módulo de membrana sumergida desde la dirección inferior a la superior del al menos un módulo de membrana sumergida y/o el contenedor.
d): Contenedor conectado al conducto del flujo del proceso
De acuerdo con el punto d) de la instalación inventiva, la instalación comprende un contenedor que está conectado a al menos un conducto del flujo del proceso por una entrada.
El contenedor puede ser cualquier tipo de contenedor conocido por la persona experta, y se usa típicamente para combinar y/o mezclar agua con un material que comprende al menos un carbonato alcalinotérreo y CO2 o un ácido que tiene un valor de pKa <5. Preferentemente, el contenedor está configurado de modo que la combinación y/o la mezcla se pueden llevar a cabo en condiciones de mezcla y/u homogeneización.
Por ejemplo, el contenedor es un tanque reactor (1). Dichos tanques son muy conocidos para la persona experta y están disponibles en una amplia gama de proveedores.
En particular, el contenedor, preferiblemente el tanque reactor (1), puede estar configurado de manera que el agua suministrada en el conducto del flujo del proceso se combina con un material que comprende al menos un carbonato alcalinotérreo y el CO2 o el ácido que tiene un valor de pKa <5 en cualquier orden, para obtener una suspensión acuosa S1 que comprende al menos un hidrogenocarbonato alcalinotérreo.
En una realización, el contenedor, preferiblemente el tanque reactor (1), puede estar configurado de manera que se mide el nivel de llenado (11) del contenedor, preferiblemente el tanque reactor (1), y/o la presión (8) en el contenedor, preferiblemente reactor tanque (1).
Se aprecia que la velocidad de disolución del carbonato alcalinotérreo en la fase líquida, es decir agua, de la suspensión acuosa que comprende un material que comprende al menos un carbonato alcalinotérreo para obtener la disolución S1 que comprende al menos un hidrogenocarbonato alcalinotérreo depende de la cantidad de dióxido de carbono o ácido que tiene un valor de pKa <5 dosificado pero también de la temperatura, el pH, la presión, la concentración inicial de carbonato alcalinotérreo en la suspensión, así como de la velocidad de dosificación a la que se introduce el dióxido de carbono o el ácido que tiene un valor de pKa <5 (a 25 °C) en la suspensión acuosa que comprende un material que comprende al menos un carbonato alcalinotérreo.
Se prefiere que el contenedor, preferiblemente el tanque reactor (1), esté configurado de manera que la concentración de dióxido de carbono en la suspensión acuosa S1 que comprende al menos un hidrogenocarbonato alcalinotérreo obtenida en el contenedor esté en el intervalo de 10 a 1500 mg/l, más preferiblemente de 20 a 1000 mg/l y lo más preferiblemente de 50 a 400 mg/l.
Adicional o alternativamente, el contenedor, preferiblemente el tanque reactor (1), puede estar configurado de manera que la cantidad de CO2 utilizada, en moles, para producir 1 mol del al menos un hidrogenocarbonato alcalinotérreo en la suspensión acuosa S1 obtenida en el contenedor está en el intervalo de 1,0 a 6,0 moles, preferiblemente en el intervalo de 1,0 a 3,0 moles, y lo más preferiblemente en el intervalo de 1,0 a 2,0 moles.
Se aprecia que la suspensión acuosa S1 que comprende al menos un hidrogenocarbonato alcalinotérreo obtenida en el contenedor tiene preferiblemente una concentración de metal alcalinotérreo como hidrogenocarbonato alcalinotérreo en el intervalo de 20 a 1000 mg/l, preferiblemente en el intervalo de 50 a 600 mg/l y lo más preferiblemente de 80 a 400 mg/l. En una realización, la suspensión acuosa S1 que comprende al menos un hidrogenocarbonato alcalinotérreo obtenida en el contenedor que es hidrogenocarbonato cálcico tiene una concentración de metal de calcio como hidrogenocarbonato cálcico en el intervalo de 20 a 1000 mg/l, preferiblemente en el intervalo de 50 a 600 mg/l y lo más preferiblemente de 80 a 400 mg/l.
Como se mencionó anteriormente, se obtiene una suspensión acuosa S1 que comprende al menos un hidrogenocarbonato alcalinotérreo en el contenedor, preferiblemente el tanque reactor (1).
La suspensión acuosa S1 que comprende al menos un hidrogenocarbonato alcalinotérreo obtenida en el contenedor, preferiblemente el tanque reactor (1), comprende además partículas sólidas no disueltas del material que comprende al menos un carbonato alcalinotérreo y, por lo tanto, la suspensión acuosa S1 que comprende al menos un hidrogenocarbonato alcalinotérreo se somete a una etapa de filtración.
En vista de esto, la suspensión acuosa S1 que comprende al menos un hidrogenocarbonato alcalinotérreo obtenida en el contenedor, preferiblemente el tanque reactor (1), preferiblemente tiene un valor de turbidez de más de 10 UNT, más preferiblemente la suspensión acuosa S1 comprende sólidos visibles, es decir, es opaca.
La "turbidez", en el significado de la presente invención, describe la nebulosidad de un fluido causada por partículas individuales (sólidos en suspensión) que son generalmente invisibles a simple vista. La medición de la turbidez es una prueba clave de la calidad del agua y se puede llevar a cabo con un nefelómetro. Las unidades de turbidez de un nefelómetro calibrado como se usa en la presente invención se especifican como Unidades Nefelométricas de Turbidez (UNT).
En una realización de la presente invención, la suspensión acuosa S1 que comprende al menos un hidrogenocarbonato alcalinotérreo obtenida en el contenedor, preferiblemente el tanque reactor (1), preferiblemente tiene un contenido de sólidos en el intervalo del 0,01 al 10,0 % en peso, más preferiblemente en el intervalo del 0,5 al 10,0 % en peso y más preferiblemente en el intervalo del 1,2 al 8,0 % en peso, respecto del peso total de la suspensión acuosa S1.
Por lo tanto, un requisito específico de la presente instalación es que el contenedor, preferiblemente el tanque reactor (1), esté configurado de manera que al menos un módulo de membrana sumergida esté situado en el contenedor para filtrar al menos una parte de la suspensión acuosa S1 haciendo pasar la suspensión acuosa S1 a través de al menos un módulo de membrana sumergida para obtener una disolución acuosa S2 que comprende al menos un hidrogenocarbonato alcalinotérreo.
En una realización, la combinación y/o mezcla del agua con un material que comprende al menos un carbonato alcalinotérreo y CO2 o un ácido que tiene un valor de pKa <5 y la filtración de al menos una parte de la suspensión acuosa S1 se pueden llevar a cabo en el mismo contenedor, preferiblemente el tanque reactor (1). Alternativamente, la combinación y/o mezcla del agua con al menos un material que contiene carbonato alcalinotérreo y CO2 o un ácido que tiene un valor de pKa <5 se pueden llevar a cabo en un contenedor, preferiblemente el tanque reactor (1), y la filtración de al menos una parte de la suspensión acuosa S1 se puede llevar a cabo en otro contenedor, preferiblemente en un tanque reactor (1 a). En esta realización, el contenedor, preferiblemente el tanque reactor (1 a), en el que se lleva a cabo la filtración de al menos una parte de la suspensión acuosa S1, está situado aguas abajo del contenedor, preferiblemente el tanque reactor (1), en el que se lleva a cabo la combinación y/o mezcla del agua con al menos un material que contiene carbonato alcalinotérreo y CO2 o un ácido que tiene un valor de pKa <5.
En vista del menor consumo global de energía y una mayor eficiencia de costes, se prefiere que la combinación y/o mezcla del agua con al menos un material que contiene carbonato alcalinotérreo y CO2 o un ácido que tiene un valor de pKa <5 y la filtración de al menos una parte de la suspensión acuosa S1 pueda llevarse a cabo en el mismo contenedor, preferiblemente el tanque reactor (1). Por lo tanto, la instalación preferiblemente comprende un contenedor, preferiblemente un tanque reactor (1).
Un requisito específico del proceso inventivo es que al menos una parte de la suspensión acuosa S1 se filtre a través de al menos un módulo de membrana sumergida (2). Preferiblemente, la cantidad total de la suspensión acuosa S1 se filtra a través de al menos un módulo de membrana sumergida (2).
El contenedor está configurado de tal modo que al menos un módulo de membrana sumergida (2) está situado en el contenedor, preferiblemente en un tanque reactor (1).
El al menos un módulo de membrana sumergida puede ser cualquier tipo de módulo de membrana sumergida conocido por las personas expertas y se usa típicamente para filtrar lodos y suspensiones acuosas que comprenden minerales, pigmentos y/o rellenos. Por ejemplo, se puede usar un módulo de membrana sumergida de Toray Industries, Inc.
El al menos un módulo de membrana sumergida (2), es decir, la membrana, tiene preferiblemente un tamaño de poro de <1 gm, y más preferiblemente <0,1 gm, por ejemplo de 0,04 a 0,9 gm, tal como aproximadamente 0,04 gm o 0,08 gm. El al menos un módulo de membrana sumergida (2) es preferiblemente de cerámica, polímero u otro material sintético. Por ejemplo, el al menos un módulo de membrana sumergida (2) comprende una membrana que está hecha de un material seleccionado del grupo que comprende un material sinterizado, porcelana porosa, polímeros sintéticos, como polietileno, polipropileno, polisulfonas, polietilensulfona, poli(fluoruro de vinilideno) (PVDF) o Teflon®, y mezclas de los mismos. En una realización, el al menos un módulo de membrana sumergida (2) comprende además fibras o una tela no tejida, tales como fibras o una tela no tejida hechas de un material seleccionado del grupo que comprende polímeros sintéticos, como polietileno, polipropileno, poliéster o mezclas de los mismos.
Se aprecia que el número del al menos un módulo de membrana sumergida (2) depende del tamaño de la instalación. La persona experta adaptará este número de módulos de membrana sumergida en base al tamaño de la instalación específica utilizada.
El al menos un módulo de membrana sumergida (2) tiene preferiblemente un alto flujo, es decir, un alto índice de flujo por unidad de área de membrana y tiempo (flujo = L/(m2h)). Por ejemplo, el al menos un módulo de membrana sumergida (2) tiene un flujo de >10 L/(m2h), preferiblemente en el intervalo de 50 a 150 L/(m2h), y lo más preferiblemente en el intervalo de 80 a 150 L/(m2h).
De acuerdo con la invención, el al menos un módulo de membrana sumergida (2) está dispuesto de manera que el aire o el fluido del proceso se recircula (5) a través de al menos una parte de la superficie del al menos un módulo de membrana sumergida. Esto tiene la ventaja de que el CO2 se puede introducir de manera eficiente en el contenedor,
preferiblemente el tanque reactor (1), para mejorar la eficiencia de la formación de la suspensión acuosa S1 que comprende al menos un hidrogenocarbonato alcalinotérreo. Además, esta disposición puede dar como resultado una limpieza del al menos un módulo de membrana sumergida (2) mediante aireación de flujo cruzado que puede reducir la contaminación del al menos un módulo de membrana sumergida (2). Además, esta disposición tiene el beneficio de mantener una suspensión homogénea y evitar la sedimentación de las partículas no disueltas.
El aire o el fluido del proceso se recircula (5) a través de al menos una parte de la superficie del al menos un módulo de membrana sumergida (2) desde la dirección inferior a la superior del al menos un módulo de membrana sumergida (2) y/o el contenedor, preferiblemente el tanque reactor (1), preferiblemente el al menos un módulo de membrana sumergida (2) y el contenedor, preferiblemente el tanque reactor (1).
Por lo tanto, el contenedor comprende preferiblemente medios de recirculación que están configurados de modo que el aire o el fluido del proceso se recircula (5) a través de al menos una parte de la superficie del al menos un módulo de membrana sumergida (2) desde la dirección inferior a la superior del al menos un módulo de membrana sumergida (2) y/o el contenedor, preferiblemente el tanque reactor (1).
Se aprecia que el CO2 o el ácido (4) se agrega preferiblemente al aire o al fluido del proceso que se recircula (5) a través de al menos una parte de la superficie del al menos un módulo de membrana sumergida (2).
Debido a que el aire o el fluido del proceso se recircula a través de al menos una parte de la superficie del al menos un módulo de membrana sumergida, se prefiere que el contenedor, preferiblemente el tanque reactor (1), esté sellado y el aire en la parte superior del contenedor, preferiblemente el tanque reactor (1), se usa como alimentación y se reintroduce (5) en el fondo del contenedor, preferiblemente el tanque reactor (1). Por lo tanto, el contenedor es preferiblemente un tanque reactor sellado (1).
Se aprecia que el medio de recirculación es preferiblemente independiente del conducto lateral del flujo del proceso (15) o el conducto principal del flujo del proceso (17), es decir, la entrada y salida del medio de recirculación están conectadas al contenedor, preferiblemente el tanque reactor (1), en posiciones que difieren de la entrada y salida del conducto lateral del flujo del proceso (15) o la rama principal del conducto lateral del flujo del proceso (15a) o la rama lateral del conducto lateral del flujo del proceso (15b) o el conducto principal del flujo del proceso (17) o la rama principal del conducto principal del flujo del proceso (17a) o la rama lateral del conducto principal del flujo del proceso (17b).
Es un requisito adicional que el contenedor, preferiblemente el tanque reactor (1), esté conectado a al menos un conducto del flujo del proceso por una entrada. Adicionalmente, el contenedor, preferiblemente el tanque reactor (1), comprende al menos una salida para liberar la disolución acuosa S2 que comprende al menos un hidrogenocarbonato alcalinotérreo desde el contenedor, preferiblemente el tanque reactor (1). Por lo tanto, la entrada conectada a al menos un conducto del flujo del proceso y la salida para liberar la disolución acuosa S2 del contenedor, preferiblemente el tanque reactor (1), son preferiblemente independientes de la entrada y salida de los medios de recirculación, es decir, están conectadas en posiciones que difieren entre sí. Por lo tanto, se prefiere que el contenedor, preferiblemente el tanque reactor (1), esté configurado de manera que la salida para liberar la disolución acuosa S2 esté conectada al lado del permeado del al menos un módulo de membrana sumergida (2).
En una realización, el contenedor, preferiblemente el tanque reactor (1), está configurado de manera que al menos un módulo de membrana sumergida (2) puede someterse a una limpieza.
Por ejemplo, el contenedor, preferiblemente el tanque reactor (1), está configurado de manera que se puede llevar a cabo un lavado a contracorriente del al menos un módulo de membrana sumergida.
El término "lavado a contracorriente", en el sentido de la presente invención, se refiere a la adición de agua y/o productos químicos desde el otro lado del al menos un módulo de membrana sumergida (2), es decir, desde el lado del permeado al lado de alimentación del al menos un módulo de membrana sumergida y/o contenedor, para limpiar al menos un módulo de membrana sumergida (2).
Por ejemplo, el lavado a contracorriente del al menos un módulo de membrana sumergida (2) puede llevarse a cabo con agua. Si el proceso inventivo comprende un lavado a contracorriente de al menos una membrana sumergida (2) con agua, el lavado a contracorriente puede realizarse cada 5 a 60 minutos, por ejemplo, cada 10 a 15 minutos. Además, se puede agregar al agua CO2 o un ácido que tiene un valor de pKa <5 (a 25 °C). En esta realización, el lavado a contracorriente puede realizarse una o dos veces por semana.
Se aprecia que la presente instalación puede llevarse a cabo en un modo discontinuo, un modo semicontinuo o un modo continuo.
La frase "proceso semicontinuo", en el sentido de la presente solicitud, se refiere a un proceso que se opera en modo continuo pero con detenciones intermitentes, por ejemplo para llevar a cabo un lavado a contracorriente del al menos un módulo de membrana sumergida (2).
La disolución acuosa S2 que comprende al menos un hidrogenocarbonato alcalinotérreo obtenida mediante la
instalación inventiva tiene preferiblemente una concentración de dióxido de carbono en el intervalo de 0,001 a 300 mg/l, más preferiblemente en el intervalo de 0,1 a 150 mg/l, más preferiblemente en el intervalo de 0,5 a 50.
Se aprecia que la disolución acuosa S2 que comprende al menos un hidrogenocarbonato alcalinotérreo obtenida mediante la instalación inventiva tiene preferiblemente una concentración de metal alcalinotérreo como hidrogenocarbonato alcalinotérreo en el intervalo de 20 a 1000 mg/l. Preferiblemente, la disolución acuosa S2 que comprende al menos un hidrogenocarbonato alcalinotérreo obtenida mediante la instalación inventiva tiene una concentración de metal alcalinotérreo como hidrogenocarbonato alcalinotérreo en el intervalo de 50 a 500 mg/l y más preferiblemente de 80 a 300 mg/l.
En una realización, la disolución acuosa S2 que comprende al menos un hidrogenocarbonato alcalinotérreo obtenida mediante la instalación inventiva comprende hidrogenocarbonato de calcio, y la disolución tiene una concentración de metal de calcio como hidrogenocarbonato de calcio en el intervalo de 20 a 1000 mg/l, preferentemente en el intervalo de 50 a 500 mg/l y más preferiblemente de 80 a 300 mg/l.
En una realización alternativa, la disolución acuosa S2 que comprende al menos un hidrogenocarbonato alcalinotérreo obtenida mediante la instalación inventiva comprende hidrogenocarbonato de magnesio, y la disolución tiene una concentración de metal de magnesio como hidrogenocarbonato de magnesio en el intervalo de 20 a 1000 mg/l, preferiblemente en el intervalo de 50 a 400 mg/l y más preferiblemente de 80 a 300 mg/l.
Alternativamente, la disolución acuosa S2 que comprende al menos un hidrogenocarbonato alcalinotérreo obtenida mediante la instalación inventiva comprende hidrogenocarbonato de calcio e hidrogenocarbonato de magnesio, y la disolución tiene una concentración total de metal de calcio y magnesio como hidrogenocarbonato de calcio y magnesio en el intervalo de 20 a 1000 mg/l, preferiblemente en el intervalo de 50 a 500 mg/l y más preferiblemente de 80 a 300 mg/l.
En una realización de la presente invención, la disolución acuosa S2 que comprende al menos un hidrogenocarbonato alcalinotérreo obtenida mediante la instalación inventiva tiene un contenido disuelto de al menos un hidrogenocarbonato alcalinotérreo en el intervalo del 0,001 al 2,0 % en peso, más preferiblemente en el intervalo del 0,001 al 0,05 % en peso y lo más preferiblemente en el intervalo del 0,001 al 0,03 % en peso, respecto del peso total de la disolución acuosa.
Adicional o alternativamente, la disolución acuosa S2 que comprende al menos un hidrogenocarbonato alcalinotérreo obtenida mediante la instalación inventiva tiene preferiblemente un valor de turbidez de menos de 0,5 UNT, y más preferiblemente de menos de 0,3 UNT. Por ejemplo, la disolución acuosa S2 que comprende al menos un hidrogenocarbonato alcalinotérreo obtenida mediante la instalación inventiva tiene un valor de turbidez inferior a 0,2 UNT o inferior a 0,1 UNT.
Se aprecia que la disolución acuosa S2 que comprende al menos un hidrogenocarbonato alcalinotérreo obtenida mediante la instalación inventiva tiene preferiblemente un valor de pH en el intervalo de 6,1 a 8,9 y preferiblemente en el intervalo de 6,5 a 8,5.
Según una realización, la disolución acuosa S2 que comprende al menos un hidrogenocarbonato alcalinotérreo obtenida mediante la instalación inventiva tiene una dureza alemana de 1 a 55 °dH, preferiblemente de 3 a 30 °dH, y lo más preferiblemente de 4,5 a 17 °dH.
Para el propósito de la presente invención, la dureza alemana se expresa en "grados de dureza alemana, °dH". A este respecto, la dureza alemana se refiere a la cantidad total de iones alcalinotérreos en la disolución acuosa que comprende el hidrogenocarbonato alcalinotérreo.
Se prefiere que la disolución acuosa que comprende al menos un hidrogenocarbonato alcalinotérreo obtenida mediante la instalación inventiva tenga una dureza alemana que sea al menos 3 °dH, más preferiblemente al menos 5 °dH, mayor que la dureza alemana del agua proporcionada en el conducto del flujo del proceso.
En una realización, la disolución acuosa S2 que comprende al menos un hidrogenocarbonato alcalinotérreo obtenida mediante la instalación inventiva es adecuada como agua mineralizada. Este es preferiblemente el caso si la instalación no comprende uno o más conducto(s) lateral(es) del flujo del proceso (15). Es decir, la disolución acuosa S2 que comprende al menos un hidrogenocarbonato alcalinotérreo obtenida mediante la instalación inventiva es agua mineralizada si la instalación comprende únicamente el flujo principal del proceso (17).
Alternativamente, la disolución acuosa S2 que comprende al menos un hidrogenocarbonato alcalinotérreo obtenida mediante la instalación inventiva es adecuada para la mineralización de agua. Por ejemplo, la disolución acuosa S2 que comprende al menos un hidrogenocarbonato alcalinotérreo obtenida mediante la instalación inventiva es adecuada para la mineralización y/o estabilización de agua desalinizada o agua naturalmente blanda. Este es preferiblemente el caso si la instalación comprende uno o más conductos laterales del flujo del proceso (15).
Por ejemplo, la disolución acuosa S2 que comprende al menos un hidrogenocarbonato alcalinotérreo obtenida mediante la instalación inventiva se transfiere (9) desde el conducto del flujo del proceso (15) al conducto principal del
flujo del proceso (17) para la mineralización del agua.
El agua que puede mineralizarse y/o estabilizarse usando la disolución acuosa S2 que comprende al menos un hidrogenocarbonato alcalinotérreo obtenida mediante la instalación inventiva puede proceder de diversas fuentes y puede seleccionarse de agua destilada, agua industrial, agua corriente, agua desalinizada tal como agua de mar desalinizada, agua salobre o salmuera, agua residual tratada o agua naturalmente blanda como agua subterránea, agua superficial o lluvia. Preferiblemente, el agua a mineralizar y/o estabilizar usando la disolución acuosa S2 que comprende al menos un hidrogenocarbonato alcalinotérreo obtenida mediante la instalación inventiva es agua desalinizada, por ejemplo, el permeado o destilado obtenido de un proceso de desalinización.
Para neutralizar cualquier dióxido de carbono "agresivo" restante y/o aumentar el pH para lograr una calidad de agua final estable y equilibrada, se prefiere eliminar el dióxido de carbono agresivo, agregar una base al agua mineralizada obtenida mediante la instalación inventiva, o una combinación de ambos.
Por lo tanto, la instalación comprende preferiblemente medios de dosificación de base aguas abajo del contenedor, preferiblemente el tanque reactor (1), para introducir una base a la disolución acuosa S2 que comprende al menos un hidrogenocarbonato alcalinotérreo.
En una realización, el medio de dosificación de base está configurado para dosificar la base, preferiblemente provista en el agua, en el flujo principal del proceso (17) aguas abajo del contenedor, preferiblemente el tanque reactor (1), para ajustar el valor del pH del agua mineralizada a un intervalo de 7,0 a 9,0 y para formar agua mineralizada que tiene una concentración de alcalinotérreo como hidrogenocarbonato alcalinotérreo en el intervalo de 10 a 300 mg/l.
Por ejemplo, la instalación comprende medios de dosificación de base para introducir una base en el conducto principal del flujo del proceso (17) aguas abajo de donde se fusionan el conducto lateral del flujo del proceso (15) y el conducto principal del flujo del proceso (17), preferiblemente aguas abajo del contenedor, preferiblemente para introducir una base en la mezcla de la disolución acuosa S2 que comprende al menos un hidrogenocarbonato alcalinotérreo junto con el agua en el conducto principal del flujo del proceso (17).
El medio de dosificación de base para introducir una base está configurado preferiblemente para introducir un hidróxido alcalino y/o hidróxido de metal alcalinotérreo. Más preferiblemente, el medio de dosificación de base para introducir una base está configurado para introducir una base que es un hidróxido alcalino y/o hidróxido alcalinotérreo seleccionado de hidróxido de calcio y/o hidróxido de magnesio y/o hidróxido de sodio, por ejemplo hidróxido de calcio o hidróxido de magnesio o hidróxido de sodio, por ejemplo, hidróxido de calcio.
Por ejemplo, el medio de dosificación de base para introducir una base está configurado preferiblemente para introducir un hidróxido alcalinotérreo que tiene un tamaño de partícula mediano en peso dso de 0,1 a 100,0 gm, preferiblemente de 0,2 a 50,0 gm, más preferiblemente de 0,3 a 25,0 gm, y lo más preferiblemente de 0,5 a 10,0 gm.
En una realización de la presente invención, la base que es un hidróxido alcalinotérreo tiene un área superficial específica BET de 0,01 a 200,0 m2/g, preferiblemente de 1,0 a 100,0 m2/g, medida por adsorción de gas nitrógeno usando la isoterma BET (norma ISO 9277: 2010).
El medio de dosificación de base para introducir una base está configurado preferiblemente para introducir un hidróxido alcalino y/o hidróxido alcalinotérreo de manera que la concentración del hidróxido alcalino y/o el hidróxido alcalinotérreo añadido al agua mineralizada está en el intervalo de 0,1 a 100 mg/l y preferiblemente en el intervalo de 0,5 a 10 mg/l.
La base se proporciona preferiblemente en agua. Por lo tanto, el medio de dosificación de base para introducir una base está configurado preferiblemente para introducir la base en forma de una disolución o suspensión. Si la base es un hidróxido alcalino y/o un hidróxido alcalinotérreo en forma de una disolución o suspensión, el contenido de hidróxido alcalino y/o hidróxido alcalinotérreo es preferiblemente del 0,5 % en peso al 50 % en peso, preferiblemente de aproximadamente el 20 % en peso, respecto del peso total de la disolución o suspensión.
La disolución o suspensión de hidróxido alcalino y/o hidróxido alcalinotérreo se puede generar in situ o independientemente del proceso inventivo. Si la disolución o suspensión de hidróxido alcalino y/o hidróxido alcalinotérreo se prepara independientemente de la instalación inventiva, la disolución o suspensión de hidróxido alcalino y/o hidróxido alcalinotérreo preferiblemente no se prepara a partir del agua proporcionada en el conducto del flujo del proceso. Alternativamente, la disolución o suspensión de hidróxido alcalino y/o hidróxido alcalinotérreo se prepara con el agua proporcionada en el conducto del flujo del proceso.
Al agregar la base, preferiblemente un hidróxido alcalino y/o hidróxido alcalinotérreo, al agua mineralizada en el flujo principal del proceso (17), el valor de pH del agua mineralizada se ajusta a un intervalo de 7,0 a 9,0. Preferiblemente, el valor de pH del agua mineralizada se ajusta a un valor de pH en el intervalo de 7,2 a 8,9 y preferiblemente en el intervalo de 7,8 a 8,4. Se aprecia que el ajuste del pH depende del nivel de mineralización y la calidad final del agua deseada.
En una realización, una parte del agua proporcionada en el conducto del flujo del proceso forma el flujo principal del proceso (17) y la parte restante del agua forma el uno o más conducto(s) lateral(es) del flujo del proceso (15). Por lo
tanto, el o los conducto(s) lateral(es) del flujo del proceso (15) está(n) conectados al conducto principal del flujo del proceso (17), preferiblemente porque el o los conducto(s) lateral(es) del flujo del proceso (15) está(n) conectado(s) al conducto principal del flujo del proceso (17) por una entrada y una salida.
En una realización, la salida del uno o más conducto(s) lateral(es) del flujo del proceso (15) está preferiblemente situada aguas abajo de la entrada del uno o más conducto(s) lateral(es) del flujo del proceso (15) en el flujo principal del proceso (17).
Un aspecto adicional de la presente invención se refiere al uso de la instalación como se define en la presente memoria para la preparación de una disolución acuosa que comprende al menos un hidrogenocarbonato alcalinotérreo.
Otro aspecto de la presente invención se refiere al uso de la instalación como se define en la presente memoria para la mineralización y/o estabilización del agua. El agua es preferiblemente agua desalinizada o agua naturalmente blanda. Con respecto a la definición de la instalación y las realizaciones preferidas de la misma, se hace referencia a las declaraciones proporcionadas anteriormente cuando se discuten los detalles técnicos de la instalación para la preparación de una disolución acuosa que comprende al menos un hidrogenocarbonato alcalinotérreo de la presente invención.
Breve descripción de las figuras
Lista de los signos de referencia:
(1) : tanque reactor
(2) : membranas sumergidas (módulo)
(3) : tanque de almacenamiento de producto
(4) : inyección de dióxido de carbono
(5) : aire de recirculación
(6) : medición de la presión del aire de recirculación
(7) : medición de la presión en el tanque reactor
(8) : medición de la presión en la disolución acuosa
(9) : disolución acuosa S2
(10) : medición del flujo de disolución acuosa
(11) : medición del nivel en el tanque reactor
(12) : medición de la turbidez en la disolución acuosa
(13) : contenedor de almacenamiento para carbonato cálcico
(14) : recipiente para preparar una suspensión de carbonato cálcico
(15) : suministro de agua del conducto lateral del flujo del proceso para procesar
(16) : suspensión de carbonato cálcico micronizado
(17) : conducto principal del flujo del proceso
(17a): rama principal del conducto principal del flujo del proceso
(17b): rama lateral del conducto principal del flujo del proceso
(18) : medición del pH de la corriente de agua mezclada
(19) : medición de la conductividad eléctrica de la corriente de agua mezclada
(20) : tanque de almacenamiento para Ca(OH) 2
(21) : corriente del proceso de dosificación de Ca(OH) 2
(22) : medición del pH de la corriente de agua final
(23) : medición de la conductividad de la corriente de agua final
(24) : corriente de agua tratada final
(25) : alimentador de tornillo de dosificación de carbonato cálcico
La figura 1 se refiere a una instalación que es adecuada para llevar a cabo el proceso general de acuerdo con la presente invención.
La figura 2 se refiere a una instalación que es adecuada para llevar a cabo el proceso de mineralización según la presente invención.
La figura 3 se refiere a una instalación que es adecuada para llevar a cabo la mineralización con un proceso de ajuste del pH de acuerdo con la presente invención.
La figura 4 se refiere a una ilustración esquemática de una instalación que comprende un conducto principal del flujo del proceso (17) solamente y en donde la unidad de dosificación para dosificar de carbonato cálcico está conectada al contenedor (1) que comprende el módulo de membrana sumergida (2).
La figura 5 se refiere a una ilustración esquemática de una instalación que comprende un conducto principal del flujo del proceso (17) solamente y en donde la unidad de dosificación está configurada de manera que el carbonato cálcico se dosifica directamente en el conducto principal del flujo del proceso (17).
La figura 6 se refiere a una ilustración esquemática de una instalación que comprende un conducto principal del flujo del proceso (17) solamente y en donde la unidad de dosificación para dosificar carbonato cálcico está conectada al recipiente para preparar una suspensión de carbonato cálcico (14).
La figura 7 se refiere a una ilustración esquemática de una instalación que comprende una rama principal del conducto principal del flujo del proceso (17a) y una rama lateral del conducto principal del flujo del proceso (17b) donde la unidad de dosificación para dosificar carbonato cálcico está conectada al recipiente para preparar una suspensión de carbonato cálcico (14) que está situado en la rama lateral del conducto principal del flujo del proceso (17b).
La figura 8 se refiere a una ilustración esquemática de una instalación que comprende una rama principal del conducto principal del flujo del proceso (17a) y una rama lateral del conducto principal del flujo del proceso (17b), en donde la unidad de dosificación está configurada de forma que el carbonato cálcico se dosifica directamente en la rama lateral del conducto principal del flujo del proceso (17b).
La figura 9 se refiere a una ilustración esquemática de una instalación que comprende un conducto principal del flujo del proceso (17) y un conducto lateral del flujo del proceso (15), en donde la unidad de dosificación para dosificar carbonato cálcico está conectada al contenedor (1) que comprende el módulo de membrana sumergida (2) que se encuentra en el conducto lateral del flujo del proceso (15).
La figura 10 se refiere a una ilustración esquemática de una instalación que comprende un conducto principal del flujo del proceso (17) y un conducto lateral del flujo del proceso (15), donde el contenedor (1) que comprende el módulo de membrana sumergida (2) está situado en el conducto lateral del flujo del proceso (15) y la unidad de dosificación está configurada de manera que el carbonato cálcico se dosifica directamente en el conducto lateral del flujo del proceso (15).
La figura 11 se refiere a una ilustración esquemática de una instalación que comprende un conducto principal del flujo del proceso (17) y un conducto lateral del flujo del proceso (15), donde el contenedor (1) comprende el módulo de membrana sumergida (2) y el aire de recirculación (5) está situado en el conducto lateral del flujo del proceso (15) y la unidad de dosificación para dosificar carbonato cálcico está conectada al recipiente para preparar una suspensión de carbonato cálcico (14) que está situada en el conducto lateral del flujo del proceso (15). La ilustración muestra además el medio de dosificación de base para la dosificación de Ca(OH) 2 (21).
La figura 12 se refiere a una ilustración esquemática de una instalación que comprende un conducto principal del flujo del proceso (17), una rama principal del conducto lateral del flujo del proceso (15a) y una rama lateral del conducto lateral del flujo del proceso (15b), donde la unidad de dosificación para dosificar el carbonato cálcico está conectada a un recipiente para preparar una suspensión de carbonato cálcico (14) que está situada en la rama lateral del conducto lateral del flujo del proceso (15b). La ilustración muestra además el contenedor (1) que comprende el módulo de membrana sumergida (2) y el aire de recirculación (5) que está situado en la rama principal del conducto lateral del flujo del proceso (15a) y el medio de dosificación de base para la dosificación de Ca(OH) 2 (21).
La figura 13 se refiere a una ilustración esquemática de una instalación que comprende un conducto principal del flujo del proceso (17), una rama principal del conducto lateral del flujo del proceso (15a) y una rama lateral del conducto lateral del flujo del proceso (15b), donde la unidad de dosificación está configurada de manera que el carbonato cálcico se dosifica directamente en la rama lateral del conducto lateral del flujo del proceso (15b). La ilustración muestra además el contenedor (1) que comprende el módulo de membrana sumergida (2) y el aire de recirculación (5) que está situado en la rama principal del conducto lateral del flujo del proceso (15a) y el medio de dosificación de base para la dosificación de Ca(OH) 2 (21).
El alcance y el interés de la invención se entenderán mejor en base a los siguientes ejemplos, que pretenden ilustrar
ciertas realizaciones de la invención y no son limitantes.
Ejemplos
1 Métodos de medición
A continuación, se describen los métodos de medición implementados en los ejemplos.
pH de una suspensión o disolución acuosa
Se midió el pH de una suspensión o disolución utilizando un medidor de pH WTW Multi 3420 con compensación de temperatura integrada y una sonda de pH WTWWTW SenTix 940. La calibración del electrodo de pH se realizó usando patrones de valores de pH 4,01,7,00 y 9,21. Los valores de pH informados son los valores de punto final detectados por el instrumento (el punto final es el momento en el que la señal medida difiere en menos de 0,1 mV del promedio en los 6 segundos anteriores).
Contenido de sólidos de una suspensión acuosa
Analizador de humedad
Se determinó el contenido de sólidos (también conocido como "peso seco") usando un analizador de humedad HR73 de la empresa Mettler-Toledo, Suiza, con los siguientes ajustes: temperatura de 120 °C, apagado automático 3, secado estándar, 5 a 20 g de producto.
Distribución del tamaño de partícula (% en masa de partículas con un diámetro <X) y diámetro medio en peso (dso) de un material particulado
El diámetro de grano en peso y la distribución en masa del diámetro de grano de un material particulado se determinaron mediante el método de sedimentación, es decir, un análisis del comportamiento de sedimentación en un campo gravitatorio. La medición se realizó con un Sedigraph™ 5120 o un Sedigraph™ 5100 de Micromeritics Instrument Corporation.
El método y el instrumento son conocidos por la persona experta y se usan comúnmente para determinar el tamaño de grano de los rellenos y pigmentos. La medición se lleva a cabo en una disolución acuosa del 0,1 % en peso de Na4P2O7. Las muestras se dispersan usando un agitador de alta velocidad y ultrasonidos.
Turbidez de una suspensión o disolución acuosa
La turbidez se midió con un turbidímetro de laboratorio Hach Lange 2100AN IS y la calibración se realizó utilizando patrones de turbidez StabCal (patrones de formacina) de <0,1,20, 200, 1000, 4000 y 7500 UNT.
Conductividad
La conductividad se midió a 25 °C usando un instrumento Mettler Toledo Seven Multi equipado con la unidad de expansión de conductividad Mettler Toledo correspondiente y una sonda de conductividad Mettler Toledo InLab® 741. El instrumento se calibró primero en el intervalo de conductividad relevante utilizando disoluciones de calibración de conductividad disponibles comercialmente de Mettler Toledo. La influencia de la temperatura sobre la conductividad se corrige automáticamente mediante el modo de corrección lineal. Las conductividades medidas se informaron para la temperatura de referencia de 20 °C. Los valores de conductividad informados fueron los valores de punto final detectados por el instrumento (el punto final es el momento en el que la conductividad medida difiere en menos del 0,4 % del promedio en los últimos 6 segundos).
Temperatura
La temperatura se midió con una sonda portátil WTW de Xylem Analytics.
Dureza de la disolución acuosa
Los iones implicados en la dureza del agua, es decir, Ca2+ (ac.) y Mg2+ (ac.), se han determinado mediante titulación con un agente quelante, ácido etilendiaminotetraacético (EDTA, sal disódica 0,01 M). Para amortiguar a un pH constante de 10, se usó un amortiguador de NH3 y NH4CI. La titulación usando Eriochrome Black T como indicador determina la dureza total debida a los iones Ca2+ (ac.) y Mg2+ (ac.) hasta que la disolución cambia de color vino tinto a azul cielo. La cantidad de dureza total se ha calculado mediante la siguiente ecuación:
Dureza = Volumen de EDTA (ml) x 0,01 x 100,08 x 1000/(Volumen de la muestra (ml))
Alcalinidad de la disolución acuosa
La alcalinidad de la disolución acuosa se ha determinado mediante la titulación de una muestra con una disolución
0,1 M de ácido clorhídrico. El punto final de la titulación se alcanza a un pH constante de 4,3. La cantidad de alcalinidad se ha calculado mediante la siguiente ecuación:
Alcalinidad = Volumen de ácido (ml) x 0,1 x 100,08 x 1000/(2 x Volumen de la muestra (ml)) Acidez de la disolución acuosa
La acidez de la disolución acuosa se ha determinado mediante la titulación del CO2 libre con una disolución de hidróxido de sodio 0,01 M. El punto final de la titulación se alcanza a un pH constante de 8,3. La cantidad de CO2 libre se ha calculado mediante la siguiente ecuación:
CO2 libre = Volumen de NaOH (ml) x 0,01 x 44,01 x 1000Nolumen de la muestra (ml) Índice de saturación de Langelier (ISL)
El índice de saturación de Langelier (ISL) describe la tendencia de un líquido acuoso a formar incrustaciones o ser corrosivo, y un ISL positivo indica la tendencia a la formación de incrustaciones y un ISL negativo indica un carácter corrosivo. Un índice de saturación de Langelier equilibrado, es decir, ISL = 0, significa que el líquido acuoso está en equilibrio químico. El ISL se calcula de la siguiente manera:
ISL = pH - pHs,
donde pH es el valor de pH real del líquido acuoso y pHs es el valor de pH del líquido acuoso en la saturación de CaCO3. El pHs se puede estimar de la siguiente manera:
pHs = (9,3 A B) - (C D),
donde A es el indicador de valor numérico del total de sólidos disueltos (TSD) presente en el líquido acuoso, B es el indicador de valor numérico de la temperatura del líquido acuoso en K, C es el indicador de valor numérico de la concentración de calcio del líquido acuoso en mg/l de CaCO3, y D es el indicador de valor numérico de alcalinidad del líquido acuoso en mg/l de CaCO3. Los parámetros A a D se determinan usando las siguientes ecuaciones:
A = (log10 (TSD) - 1 )/10,
B = -13,12 x log10 (T 273) 34,55,
C = log10 [Ca2+] - 0,4,
D = log10 (TAC),
donde TSD son los sólidos totales disueltos en mg/l, T es la temperatura en °C, [Ca2+] es la concentración de calcio del líquido acuoso en mg/l de CaCO3, y TAC es la alcalinidad del líquido acuoso en mg/l de CaCO3.
2 Ejemplos
Instalación inventiva - Preparación de una disolución acuosa de bicarbonato cálcico
En la figura 1 se muestra un diagrama de flujo del proceso general de una instalación según la presente invención. La instalación comprende un tanque reactor (1) con una membrana sumergida (2) de 50 m2 en el interior, un silo de almacenamiento de carbonato cálcico (13) con dosificación por alimentador de tornillo y un recipiente para preparar una suspensión del carbonato cálcico (14).
Se produce una disolución de hidrogenocarbonato cálcico (9) en la corriente de producto permeado que se podría usar para aumentar el contenido mineral y la alcalinidad de otro flujo.
El agua de alimentación se obtuvo de un sistema de ósmosis inversa, que producía agua con las siguientes especificaciones:
Sodio: <1 mg/l
Cloruro: <2 mg/l
Calcio: 8 mg/l
Magnesio: <1 mg/l
Alcalinidad: 12 mg/l (como CaCO3)
°dH: 1,12
pH: 6,9
Conductividad: 24 pS/cm
Se puede producir una disolución de hidrogenocarbonato cálcico utilizando la instalación mencionada anteriormente de la siguiente manera: el tanque reactor (1) se llena inicialmente con una suspensión de carbonato cálcico del 5,0 % en peso a un volumen definido que cubre la superficie de la membrana sumergida determinado por el nivel medido en el tanque reactor (11). Un soplador comienza a recircular el volumen de aire (5) desde la parte superior del tanque reactor (1) a los difusores situados en el fondo de las membranas sumergidas (2) para asegurar que se mantenga una suspensión homogénea dentro del tanque reactor (1) y para proporcionar un efecto de limpieza a las membranas sumergidas (2). El volumen de aire (5) se recircula a una velocidad de alrededor de 200 veces por hora. Se agrega una cantidad controlada de dióxido de carbono en (4) en la corriente de aire. El aire de recirculación cargado con dióxido de carbono pasa por las membranas sumergidas (2) desde abajo hacia arriba del tanque reactor (1) creando turbulencia, y el dióxido de carbono pasa de la corriente de aire a la suspensión de carbonato cálcico aumentando la cantidad de dióxido de carbono disuelto en el interior de la suspensión. La reacción entre el carbonato cálcico y el dióxido de carbono disuelto permite la formación de una disolución alcalina de hidrogenocarbonato cálcico dentro del tanque reactor (1). Al mismo tiempo, se añade carbonato cálcico al recipiente (14) desde el silo de almacenamiento (13) para la preparación de una suspensión de carbonato cálcico dentro del recipiente (14). Se utiliza un alimentador de tornillo con pérdida de peso para medir con precisión la cantidad de carbonato cálcico agregado. También se agrega agua al tanque y se usa un mezclador para crear una suspensión homogénea con un contenido de sólidos conocido. La suspensión (16) de carbonato cálcico micronizado se transfiere luego al tanque reactor (1) a una velocidad igual a la cantidad de carbonato cálcico que se disuelve por la reacción con el dióxido de carbono, de modo que la cantidad total de carbonato cálcico no disuelto en el tanque reactor (1) permanece constante. Se extrae una disolución acuosa S2 (9) de permeado filtrado del tanque reactor (1) a través de las membranas sumergidas (2).
Unidad piloto de puesta en marcha
Se usó polvo de carbonato cálcico natural (Millicarb® de Omya International AG, Orgon France, dso = 3 gm) como material de partida en una planta piloto de acuerdo con la instalación inventiva. El reactor (1) se llenó con 900 L de suspensión en polvo de carbonato cálcico preparada al 5 % en peso, ejecutada con control del nivel (11). El ventilador de la corriente de aire de recirculación (5) comenzó con 10 m3/h para la regeneración de las membranas mediante turbulencia. La sobrepresión del flujo de aire se midió mediante (6).
Ejemplo 1:
Para producir un concentrado de alta carga (~250 mg/l de alcalinidad), se dosificaron 99 g de dióxido de carbono (4) a la corriente de aire de recirculación en 1 h. La producción continua se inició al final de la primera hora de recirculación. Durante la producción continua, se añadió una suspensión de 250 mg/l de carbonato cálcico (16) al reactor (1) para compensar la disolución continua de carbonato cálcico dentro en el tanque reactor (1). Al mismo tiempo, se extrajo una disolución acuosa clara S2 (9) a través de las membranas sumergidas (2) con una concentración de 250 mg/l de bicarbonato cálcico (medido como carbonato cálcico) usando una bomba dosificadora bidireccional. Ambas relaciones -suspensión de carbonato cálcico micronizado (16) y disolución acuosa (9)- se controlaron mediante la medición del nivel (11) en el tanque reactor (1) y la medición del flujómetro (10) de la disolución acuosa S2 (9). Las configuraciones primarias de las relaciones dependen de las tasas de flujo alcanzables en las membranas, y se midieron como la presión transmembrana (8). La calidad de la disolución acuosa S2 (9) se controló mediante la medición de la turbidez (12) y titulaciones.
Las condiciones de funcionamiento y los resultados de la calidad del agua se dan en la Tabla 1 y Tabla 2 a continuación.
Tabla 1: Flujos del proceso del Ejemplo 1.
a: Dosificación equivalente de dióxido de carbono en el reactor en función del caudal de agua a través del reactor.
Tabla 2: Calidad del agua del ejemplo 1.
En comparación con la solicitud de patente EP 2623 467 A1, el proceso anterior que usa la instalación de acuerdo con la presente invención tiene una eficiencia energética mucho mejor. De acuerdo con la Tabla 4 del documento EP 2623 467 A1, se produjeron 35 l/h de permeado en 4 ensayos diferentes a partir de un módulo de membrana tubular (Microdyne-Module MD 063 TP 2N). La suspensión en estos ensayos se hizo circular a través del módulo tubular a una velocidad de 3200 l/h con una presión de 1,5 bar para producir esta corriente de producto permeado. La energía hidráulica requerida para producir este permeado fue por lo tanto:
Energía hidráulica (W) = V x p x p
dónde:
V = caudal de fluido (m3/s)
p = densidad del fluido (kg/m3)
p = presión estática de salida de la bomba (kPa)
Para el ejemplo de la solicitud de patente EP 2623467 A1, con las siguientes entradas:
V = 3200 l/h = 8,8x10-4 m3/s
p = 1000 kg/m3 (para agua sin otros detalles)
p = 1,5 bar = 150 kPa
→ W = 8,888x10-4 x 1000 x 150 = 133 W
Esto produjo un promedio de permeado de 54 l/h, y, por lo tanto, el consumo de energía por metro cúbico de permeado producido puede calcularse como:
Potencia/metro cúbico = 0,133 kW -f 0,035 m3/h = 3,8 kWh/m3
Utilizando una instalación de acuerdo con la presente invención y como se muestra en la figura 1, se produjeron 1250 l/h = 3,47x10-4 m3/s de permeado con una presión de 50 kPa.
La energía hidráulica se calcula por lo tanto como:
Energía hidráulica (W) = V x p x p = 3,47x10-4 x 1000 x 50 = 17,4 W
Esto produjo un promedio de 1250 l/h de permeado, y, por lo tanto, el consumo de energía por metro cúbico de permeado producido puede calcularse como:
Potencia/metro cúbico = 0,0174 kW -f 1,25 m3/h = 0,014 kWh/m3
Por lo tanto, el consumo específico de potencia (potencia por metro cúbico de permeado producido) es más de 270 veces menor con la presente invención que el de la solicitud de patente EP 2623467 A1.
La eficacia de CO2 según los ensayos con la instalación inventiva mostrada en la figura 1 y descrita por el documento EP 2623467 A1 se calcula como sigue:
(CO2 libre en agua dosis de CO2)/peso molecular de CO2 : (Alcalinidad final - Alcalinidad inicial)/peso molecular de CaCO3
= (2 110) /44,01 g/mol: (220-12) /100,08 g/mol = 2,54:2,08 = 1,22:1
La eficiencia de CO2 según las pruebas realizadas con una instalación de acuerdo con la solicitud de patente EP 2623467 A1 se mostró como:
110/44,01 g/mol: 170/100,08 g/mol = 2,5:1,7 = 1,47:1
Instalación inventiva: Preparación y dosificación de una disolución acuosa de bicarbonato cálcico para aumentar el contenido mineral y alcalinidad de un agua desalada
En la figura 2 se muestra un diagrama de flujo del proceso general de una instalación según la presente invención. La instalación comprende un tanque reactor (1) con una membrana sumergida (2) de 50 m2 en el interior, un tanque de almacenamiento de producto (3), un silo de almacenamiento de carbonato cálcico (13) con dosificación por alimentador de tornillo y un recipiente para preparar una suspensión de carbonato cálcico (14).
Se produce una disolución de hidrogenocarbonato cálcico en una disolución acuosa S2 (9) y se dosifica en el flujo principal del proceso (17) para aumentar el contenido mineral y la alcalinidad del flujo principal del proceso.
El agua de alimentación se obtuvo de un sistema de ósmosis inversa, produciendo agua con las siguientes especificaciones:
Sodio: <1 mg/l
Cloruro: <2 mg/l
Calcio: 8 mg/l
Magnesio: <1 mg/l
Alcalinidad: 12 mg/l (como CaCO3)
°dH: 1,12
pH: 6,9
Conductividad: 24 pS/cm
Se puede producir una disolución de hidrogenocarbonato cálcico en un conducto lateral del flujo del proceso usando la instalación mencionada anteriormente de la siguiente manera: el tanque reactor (1) se llena inicialmente con una suspensión de carbonato cálcico del 5,0 % en peso a un volumen definido que cubre la superficie sumergida de la membrana (2) medida por la medición del nivel (11) en el tanque reactor (1). Un soplador comienza a recircular el volumen de aire (5) desde la parte superior del tanque reactor (1) a los difusores situados en el fondo de las membranas sumergidas (2) para asegurar que se mantenga una suspensión homogénea dentro del reactor (1) y para proporcionar un efecto de limpieza a las membranas. El volumen de aire (5) se recircula a una velocidad de alrededor de 200 veces por hora. Se agrega una cantidad controlada de dióxido de carbono en la corriente de aire, por ejemplo, en la posición (4). El aire de recirculación cargado con dióxido de carbono pasa sobre las membranas sumergidas (2) desde el fondo hasta la parte superior del reactor creando turbulencia, y el dióxido de carbono pasa de la corriente de aire a la suspensión de carbonato cálcico aumentando la cantidad de dióxido de carbono disuelto dentro de la suspensión. La reacción entre el carbonato cálcico y el dióxido de carbono disuelto permite la formación de una disolución de hidrogenocarbonato cálcico dentro del tanque reactor. Al mismo tiempo, se añade carbonato cálcico al recipiente (14) desde el silo de almacenamiento (13) para la preparación de una suspensión de carbonato cálcico dentro del recipiente (14). Se utiliza un alimentador de tornillo con pérdida de peso para medir con precisión la cantidad de carbonato cálcico agregado. También se agrega agua al recipiente (14) y se usa un mezclador para crear una suspensión homogénea de contenido de sólidos conocido. La suspensión de carbonato cálcico micronizado (16) se transfiere luego al tanque reactor (1) a una velocidad igual a la cantidad de carbonato cálcico que se disuelve por la reacción con el dióxido de carbono, de modo que la cantidad total de carbonato cálcico no disuelto en el tanque reactor (1) permanece constante. Se usa una disolución acuosa S2 (9) de permeado filtrado como disolución clara de hidrogenocarbonato cálcico concentrado para agregar el calcio y el bicarbonato al flujo principal del proceso (17) a través de una bomba dosificadora bidireccional. Se utilizó un tanque de almacenamiento de producto (3) como reserva también para la secuencia de lavado a contracorriente cada 10 minutos.
Unidad piloto de puesta en marcha
Se usó polvo de carbonato cálcico natural (Millicarb® de Omya International, Orgon France, dso = 3 μm) como material de partida en la planta piloto. El tanque reactor (1) se llenó con 900 L de suspensión de polvo de carbonato cálcico preparada al 5 % en peso, ejecutada por medición del nivel (11) en el tanque reactor (1). El ventilador de la corriente de aire de recirculación (5) comenzó con 10 m3/h para la regeneración de las membranas mediante turbulencia. La sobrepresión del flujo de aire se midió con (6).
Ejemplo 2
Para producir un concentrado de alta carga (~250 mg/l de alcalinidad), se dosificaron 99 g de dióxido de carbono (4) a la corriente de aire de recirculación en 1 h. La producción continua se inició al final de la primera hora de recirculación. Durante la producción continua, se añadió una suspensión de 250 mg/l de carbonato cálcico (16) al reactor (1) para compensar la disolución continua de carbonato cálcico en el tanque reactor (1). Al mismo tiempo, se extrajo una disolución acuosa clara S2 (9) a través de las membranas sumergidas con una concentración de 250 mg/l de bicarbonato cálcico (medida como carbonato cálcico) y se descargó mediante una bomba de dosificación bidireccional a través del tanque de almacenamiento de producto (3) en la corriente principal (17). Ambas relaciones -suspensión de carbonato cálcico micronizado (16) y disolución acuosa S2 (9)- se controlaron mediante la medición del nivel (11) en el tanque reactor (1) y la medición del flujo (10). Las configuraciones primarias de las relaciones dependen de las tasas de flujo alcanzables en las membranas y se midieron como la presión transmembrana (8). La calidad de la disolución acuosa S2 (9) se controló mediante la medición de la turbidez (12) en la disolución acuosa (9) y titulaciones. La calidad de la primera mezcla se midió a través del pH (18), la conductividad eléctrica (19) y titulaciones de la corriente de agua mezclada.
Las condiciones de funcionamiento y los resultados de calidad se dan en la Tabla 3 y la Tabla 4 a continuación.
Tabla 3: Flujos de proceso del Ejemplo 2.
a: Dosificación equivalente de dióxido de carbono en el reactor en función del caudal de agua a través del reactor.
Tabla 4: Resultados de la calidad del agua del ejemplo 2.
Instalación inventiva - Preparación y dosificación de una disolución acuosa de bicarbonato cálcico seguido de ajuste del pH, para aumentar el contenido de mineral y alcalinidad de un agua desalinizada y estable con respecto a su índice de saturación.
En la figura 3 se muestra un diagrama de flujo del proceso general de una instalación según la presente invención. La instalación comprende un tanque reactor (1) con una membrana sumergida (2) de 50 m2 en el interior, un tanque de almacenamiento de producto (3), un silo de almacenamiento de carbonato cálcico (13) con dosificación por alimentador de tornillo y un recipiente para preparar una suspensión de carbonato cálcico (14) y un tanque de almacenamiento de hidróxido cálcico (20) y un sistema de dosificación.
Se produce una disolución de hidrogenocarbonato cálcico en una disolución acuosa S2 (9) y se dosifica en el flujo principal del proceso (17) para aumentar el contenido mineral y la alcalinidad del flujo principal del proceso (17). Se dosifica una suspensión de hidróxido cálcico al 5,0 % en peso y de alta pureza (21) en el flujo principal del proceso (17) después de la dosificación de la disolución de hidrogenocarbonato cálcico para crear la calidad de agua final deseada de la corriente de agua tratada final (24).
El agua de alimentación se proporciona en todos los flujos del proceso, y el agua de alimentación se obtuvo de un sistema de ósmosis inversa, que producía agua con las siguientes especificaciones:
Sodio: <1 mg/l
Cloruro: <2 mg/l
Calcio: 8 mg/l
Magnesio: <1 mg/l
Alcalinidad: 12 mg/l (como CaCO3)
°dH: 1,12
pH: 6,9
Conductividad: 24 pS/cm
Se puede producir una disolución de hidrogenocarbonato cálcico en un conducto lateral del flujo del proceso usando la instalación mencionada anteriormente de la siguiente manera: El tanque reactor (1) se llena inicialmente con una suspensión de carbonato cálcico del 5,0 % en peso a un volumen definido para cubrir la superficie de las membranas sumergidas (2) medida por la medición del nivel (11) en el tanque reactor (1). Un soplador comienza a recircular el volumen de aire (5) desde la parte superior del tanque reactor (1) a los difusores situados en la parte inferior de las membranas sumergidas (2) para asegurar que se mantenga una suspensión homogénea dentro del tanque reactor (1) y proporcionar un efecto de limpieza a las membranas sumergidas (2). El volumen se recircula a una velocidad de alrededor de 200 veces por hora. Se agrega una cantidad controlada de dióxido de carbono (4) en la corriente de aire. El aire de recirculación cargado con dióxido de carbono pasa sobre las membranas sumergidas (2) desde abajo hacia arriba del tanque reactor (1) creando turbulencia y el dióxido de carbono pasa de la corriente de aire a la suspensión de carbonato cálcico aumentando la cantidad de dióxido de carbono disuelto en la suspensión. La reacción entre el carbonato cálcico y el dióxido de carbono disuelto permite la formación de una disolución de hidrogenocarbonato cálcico dentro del tanque reactor (1). Al mismo tiempo, se añade carbonato cálcico al recipiente (14) desde el silo de almacenamiento (13) para la preparación de una suspensión de carbonato cálcico dentro del recipiente (14). Se utiliza un alimentador de tornillo con pérdida de peso para medir con precisión la cantidad de carbonato cálcico agregado. También se agrega agua al tanque y se usa un mezclador para crear una suspensión homogénea de contenido de sólidos conocido. La suspensión de carbonato cálcico micronizado (16) se transfiere luego al tanque reactor (1) a una velocidad igual a la cantidad de carbonato cálcico que se disuelve por la reacción con el dióxido de carbono, de modo que la cantidad total de carbonato cálcico no disuelto en el tanque reactor (1) permanece constante. Se usa una disolución acuosa S2 (9) de permeado filtrado como disolución clara de hidrogenocarbonato cálcico concentrado para agregar el calcio y el bicarbonato al flujo principal del proceso (17) a través de una bomba dosificadora bidireccional. Se usó un tanque de almacenamiento de producto (3) como reserva también para la secuencia de lavado a contracorriente cada 10 minutos. Se usó una segunda bomba de dosificación para agregar la suspensión de hidróxido cálcico, por ejemplo, en la posición (21) almacenada en un tanque de almacenamiento (20) en el flujo principal del proceso (17).
Unidad piloto de puesta en marcha
Se han usado polvo de carbonato cálcico natural (Millicarb® de Omya International, Orgon France, dso = 3 μm) y una suspensión de hidróxido cálcico (Schaferkalk, Precal 72, concentración del 20 % en peso en agua) como materiales de partida en una planta piloto. El producto Schaferkalk (Precal 72) es una suspensión de hidróxido cálcico al 20 % muy reactivo, para un bombeo efectivo se ha diluido al 5 % en peso (21) y se ha dosificado directamente en la corriente de agua tratada final (24). El tanque reactor (1) se llenó con 900 L de la suspensión preparada de polvo de carbonato cálcico al 5 %, ejecutado mediante medición del nivel (11) en el tanque reactor 1. El ventilador de corriente de recirculación (5) comenzó con 10 m3/h para la regeneración de las membranas mediante turbulencia. La sobrepresión del flujo del aire se midió con (6).
Ejemplo 3:
Para producir un concentrado de alta carga (~250 mg/l de alcalinidad), se dosificaron 99 g de dióxido de carbono (4) para recircular la corriente de aire en 1 h. La producción continua se inició al final de la primera hora de recirculación. Durante la producción continua, se añadió una suspensión de 250 mg/l de carbonato cálcico micronizado (16) al tanque reactor (1) para compensar la disolución continua de carbonato cálcico en el tanque reactor (1). Al mismo tiempo, se extrajo una disolución acuosa clara (9) a través de las membranas sumergidas (2) con una concentración de 250 mg/l de bicarbonato cálcico (medida como carbonato cálcico) y se descargó mediante una bomba de dosificación bidireccional a través del tanque de almacenamiento de producto (3) en el flujo principal del proceso (17). Ambas relaciones -suspensión de carbonato cálcico micronizado (16) y disolución acuosa S2 (9)- se controlaron mediante la medición del nivel (11) en el tanque reactor (1) y la medición del flujo (10) de la disolución acuosa S2 (9). Las configuraciones primarias de las relaciones dependen de las tasas de flujo alcanzables en las membranas y se midieron como la presión transmembrana (8). La calidad de la disolución acuosa (9) se controló mediante la medición de la turbidez (12) y titulaciones.
La calidad de la primera mezcla se midió a través del pH (18), la conductividad eléctrica (19) y titulaciones. Para alcanzar la calidad de agua final deseada con un índice de saturación de Langelier de 0 para la corriente tratada final (24), la suspensión de hidróxido cálcico (21) del tanque (20) se dosificó también en la corriente del agua tratada final (24). Las condiciones de funcionamiento y los resultados de calidad del agua se dan en la Tabla 5 y la Tabla 6 a continuación.
Tabla 5: Flujos del proceso del Ejemplo 3.
a: Dosificación equivalente de dióxido de carbono en el reactor en función del caudal de agua a través del reactor. Tabla 6: Resultados de la calidad del agua del Ejemplo 3:
Ejemplo 4: Uso de una membrana cerámica dentro del reactor de calcita con membrana (RCM) de acuerdo con la figura 1
4.1 Equipo
Se utilizó el siguiente equipo para las pruebas:
• "Reactor de calcita con membrana" (RCM) que consiste en:
o Reactor rectangular de PVC con un volumen máximo de 75 L y las conexiones requeridas,
o módulo de membrana sumergida Cembrane SiCFM-0828 de carburo de silicio con 0,828 m2 de área de membrana instalada dentro del reactor.
El carburo de silicio Cembrane SiCFM-0828 es una membrana cerámica. Un método para producir membranas cerámicas adecuadas para la invención se describe, por ejemplo, en el documento EP 3009 182 A1.
o Tapa para sellar el reactor,
o Instrumentación para el control del nivel,
o Instrumentación para la monitorización de la presión, en particular la presión transmembrana (PTM),
• Sistema soplador configurado de manera que forme un circuito soplador de recirculación, que consiste en:
o Soplador operado mediante un control de velocidad,
o Tubería de alimentación al soplador conectada desde la parte superior del reactor (conectada a la tapa) o Tubería de descarga conectada al colector del difusor en la parte inferior de la unidad de membrana sumergida,
• Bomba de permeación para extraer la disolución concentrada a través de la membrana, que consiste en lo siguiente:
o Bomba operada mediante un control de velocidad,
o Flujómetro para medir el caudal,
• Sistema de dosificación de dióxido de carbono, que consiste en:
o Botella de dióxido de carbono
o Regulador de presión para disminuir la presión de la botella de 50 bar a 5 bar
o Flujómetro másico y válvula de control para regular y medir la dosificación del dióxido de carbono o Conexión de dosificación a la tubería de descarga del soplador
• Sistema de reducción de lodo (SMD), que consiste en:
o Tanque de reducción de lodo (SMD) con mezclador eléctrico e instrumentación del nivel del tanque, o Suministro de agua de alimentación al tanque, controlado para mantener el nivel dentro del tanque o Sistema de alimentación de dosificación con pérdida de peso para agregar con precisión la cantidad requerida de carbonato cálcico micronizado al tanque SMD,
o Tolva que suministra carbonato cálcico micronizado al alimentador con pérdida de peso,
o Bomba de alimentación de lodo para dosificar la suspensión de carbonato cálcico producida en el tanque SMD al reactor de 75 L,
o Manguera de dosificación que conecta la bomba de alimentación de lodo y el reactor de 1800 L
• Sistema de control que realiza las siguientes funciones:
o Controla la bomba de permeación para lograr el caudal requerido
o Controla la bomba de alimentación de lodo para garantizar que el nivel del reactor permanezca constante
o Hace funcionar el soplador a la velocidad requerida.
4.2 Procedimiento:
Se usó el siguiente procedimiento para ejecutar los ensayos:
1. El tanque SMD se llenó con agua y se dosificó carbonato cálcico en el tanque para producir una suspensión S1 según la configuración proporcionada a continuación.
2. El control SMD se colocó en modo automático para que el agua se repusiese continuamente en el tanque SMD cuando se retirase la suspensión del tanque, y el carbonato cálcico se dosificó continuamente para garantizar que se generase una suspensión consistente de la concentración proporcionada en la Sección 4.3.
3. Se suministraron 50 L de la suspensión que contenía un 1 % de carbonato cálcico micronizado S1 al reactor de 75 L (reactor de calcita con membrana). Durante el proceso, el reactor se repuso con una suspensión de carbonato cálcico micronizado S1 para garantizar un proceso continuo.
4. La tapa del reactor se cerró y se cerró con un sello hermético.
5. Se suministró energía al soplador para que funcionase, manteniendo el carbonato cálcico micronizado en la suspensión S1.
6. Se dosificó dióxido de carbono en el circuito de recirculación del soplador, según la configuración provista en la
Sección 4.3.
7. Se hizo funcionar la bomba de permeado a una velocidad establecida para proporcionar el flujo requerido y extraer una disolución clara S2 del tanque reactor. Las velocidades de la bomba se variaron para lograr un intervalo de flujos según las configuraciones provistas en la Sección 4.3.
8. Se hizo funcionar la bomba de alimentación de lodo a una velocidad establecida para asegurar que el nivel dentro de los tanques del reactor permaneciera constante.
9. Las muestras de la disolución concentrada S2 extraída mediante la bomba de permeado se analizaron con respecto a las siguientes calidades de agua mediante los métodos descritos anteriormente:
a. Alcalinidad (en mg/l)
b. Dureza total (en mg/l)
c. Acidez (como mg/l de CO2)
d. pH, conductividad, temperatura y turbidez
Se registraron las configuraciones operativas para cada prueba, incluyendo el caudal, la PTM, la temperatura.
4.3 Configuración de prueba
Se utilizó la siguiente configuración de prueba durante los ensayos:
Tabla 7: Configuración de prueba
Los resultados proporcionados en la Tabla 8 demuestran que se pueden lograr altas tasas de flujo utilizando las membranas cerámicas como el al menos un módulo de membrana sumergida (hasta 845 lmh) y, además, estas altas tasas de flujo se lograron mediante valores estables y casi constantes de presión trans-membrana (PTM). Las tasas de flujo se normalizan respecto de la PTM (junto con la temperatura) para generar un valor de permeabilidad para las membranas. El valor de permeabilidad para las membranas cerámicas como el al menos un módulo de membrana sumergida es bastante constante en todo el intervalo de tasas de flujo. Como se puede ver en la Tabla 8, la permeabilidad de las membranas cerámicas como el al menos un módulo de membrana sumergida en este proceso está en el intervalo de 1100-1790 lmh/bar.
Además, el uso del módulo de membrana sumergida provoca un menor consumo específico de energía para el funcionamiento del soplador.
Una torre de membrana cerámica de 79 m2 de área de membrana tiene un caudal máximo de aire del soplador de 150 Nm3/h. Utilizando los resultados de las pruebas que muestran que se puede alcanzar una tasa de flujo estable de 800 lmh, una torre de este tipo puede producir entonces un caudal de 800 lmh x 79 m2 = 63,2 m3/h. Al normalizar este caudal respecto del caudal máximo de aire del soplador, se puede demostrar que el caudal específico (caudal por Nm3/h del aire del soplador) es de 0,421 m3/h de permeado por Nm3/h de aire del soplador.
Además de los beneficios anteriores, los ensayos demostraron que se pueden lograr tiempos de contacto muy bajos utilizando al menos un módulo de membrana sumergida, de tan solo 4 minutos.
Conclusión: Los ensayos con membranas cerámicas como al menos un módulo de membrana sumergida dentro de un proceso de remineralización han demostrado que se pueden lograr tasas de flujo mucho más altas durante el funcionamiento estable. Las tasas de flujo más altas dan como resultado un consumo específico de energía reducido del soplador y tiempos de contacto reducidos para el proceso, lo que reduce la huella total del proceso, que es de gran importancia para los procesos de desalinización a gran escala. Además, la mayor permeabilidad del módulo de membrana puede proporcionar una caída de presión reducida a través del módulo de membrana y, por lo tanto, un consumo de energía reducido para aplicaciones donde los costes de energía son de gran importancia.
Claims (18)
1. Una instalación para la preparación de una disolución acuosa que comprende al menos un hidrogenocarbonato alcalinotérreo, y la instalación comprende
a) un conducto del flujo del proceso que proporciona agua,
b) al menos una unidad de dosificación que es adecuada para dosificar un material que comprende al menos un carbonato alcalinotérreo (25) en al menos una parte del agua proporcionada en el conducto del flujo del proceso para obtener una suspensión acuosa que comprende un material que comprende al menos un carbonato alcalinotérreo (14);
c) al menos un medio que es adecuado para dosificar CO2 (4) o un ácido que tiene un valor de pKa <5 en al menos una parte del agua proporcionada en el conducto del flujo del proceso o la suspensión acuosa que comprende un material que comprende al menos un carbonato alcalinotérreo (14) para obtener una suspensión acuosa S1 que comprende al menos un hidrogenocarbonato alcalinotérreo (16), y
d) un contenedor (1) que está conectado a al menos un conducto del flujo del proceso por una entrada, en donde el contenedor
i) está configurado de modo que al menos un módulo de membrana sumergida (2) está situado en el contenedor (1) para filtrar al menos una parte de la suspensión acuosa S1 (16) haciendo pasar la suspensión acuosa S1 (16) a través del al menos un módulo de membrana sumergida (2) para obtener una disolución acuosa S2 que comprende al menos un hidrogenocarbonato alcalinotérreo (9), y ii) comprende al menos una salida para liberar la disolución acuosa S2 que comprende al menos un hidrogenocarbonato alcalinotérreo (9) del contenedor (1),
donde el contenedor (1) comprende medios de recirculación (5) que comprenden una corriente de aire de recirculación que están configurados de manera que el aire se recircula a través de al menos una parte de la superficie del al menos un módulo de membrana sumergida (2) desde la dirección inferior a la superior del al menos un módulo de membrana sumergida (2) y/o el contenedor (1), o el contenedor (1) comprende medios de recirculación (5) que están configurados de manera que el fluido del proceso se recircula a través de al menos una parte de la superficie del al menos un módulo de membrana sumergida (2) desde la dirección inferior a la superior del al menos un módulo de membrana sumergida (2) y/o el contenedor (1).
2. La instalación de acuerdo con la reivindicación 1, en la que la al menos una unidad de dosificación (25) está i) conectada a un contenedor de almacenamiento para material sólido (13), y/o
ii) configurada de modo que el material que comprende al menos un carbonato alcalinotérreo se dosifica directamente en el agua proporcionada en el conducto del flujo del proceso, o
iii) conectada a un recipiente adecuado para preparar una suspensión acuosa que comprende un material que comprende al menos un carbonato alcalinotérreo (14), en donde el recipiente está conectado al conducto del flujo del proceso por una entrada para introducir el agua proporcionada en el conducto del flujo del proceso y una salida para liberar la suspensión acuosa que comprende el material que comprende al menos un carbonato alcalinotérreo, o
iv) conectada al contenedor (1).
3. La instalación de acuerdo con la reivindicación 1 o 2, en la que el contenedor es un tanque reactor sellado.
4. La instalación de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en la que el al menos un medio c) está i) configurado de manera que el CO2 (4) o el ácido que tiene un valor de pKa <5 se dosifica directamente en el agua proporcionada en el conducto del flujo del proceso, o
ii) conectado a un recipiente adecuado para preparar una suspensión acuosa S1 que comprende al menos un hidrogenocarbonato alcalinotérreo, en donde el recipiente está conectado al conducto del flujo del proceso por una entrada para introducir el agua suministrada en el conducto del flujo del proceso y una salida para liberar la suspensión acuosa S1 (16) que comprende al menos un hidrogenocarbonato alcalinotérreo, o
iii) conectado al contenedor (1), preferiblemente a los medios de recirculación adecuados para recircular el aire (5) o el fluido del proceso a través de al menos una parte de la superficie del al menos un módulo de membrana sumergida (2) desde la dirección inferior a la superior del al menos un módulo de membrana sumergida (2) y/o el contenedor (1).
5. La instalación de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en la que el al menos un módulo de membrana sumergida (2)
a) tiene un tamaño de poro de <1 qm, y más preferiblemente <0,1 qm, por ejemplo, de 0,04 a 0,9 qm, tal como aproximadamente 0,04 qm o 0,08 qm, y/o
b) tiene un flujo de >10 l/(m2h), preferiblemente en el intervalo de 50 a 150 l/(m2h), y lo más preferiblemente en el intervalo de 80 a 150 l/(m2h), y/o
c) es de un material cerámico, polimérico u otro material sintético.
6. La instalación de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, en la que el al menos un conducto del flujo del proceso comprende uno o más conducto(s) principal(es) del flujo del proceso (17).
7. La instalación de acuerdo con la reivindicación 6, en la que el al menos un conducto del flujo del proceso comprende dos conductos principales del flujo del proceso (17), preferiblemente una rama principal del conducto principal del flujo del proceso (17a) y una rama lateral del conducto principal del flujo del proceso (17b).
8. La instalación de acuerdo con la reivindicación 7, en la que la al menos una unidad de dosificación (25) está situada en la rama lateral del conducto principal del flujo del proceso (17b).
9. La instalación de acuerdo con la reivindicación 7 o 8, en la que la rama principal del conducto principal del flujo del proceso (17a) y la rama lateral del conducto principal del flujo del proceso (17b) están configuradas de manera que se fusionan aguas arriba del contenedor.
10. La instalación de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, en la que el al menos un conducto del flujo del proceso comprende un conducto principal del flujo del proceso (17) y uno o más conducto(s) lateral(es) del flujo del proceso, preferiblemente un conducto principal del flujo del proceso (17) y uno o dos conducto(s) lateral(es) del flujo del proceso.
11. La instalación de acuerdo con la reivindicación 10, en la que el al menos un conducto del flujo del proceso comprende un conducto principal del flujo del proceso (17) y dos conductos laterales del flujo del proceso, preferiblemente una rama principal del conducto lateral del flujo del proceso y una rama lateral del conducto lateral del flujo del proceso.
12. La instalación de acuerdo con la reivindicación 10 o 11, en la que la al menos una unidad de dosificación (25) está situada en el conducto lateral del flujo del proceso o, si está presente, en la rama lateral del conducto lateral del flujo del proceso.
13. La instalación de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 10 a 12, en la que la rama principal del conducto lateral del flujo del proceso y la rama lateral del conducto lateral del flujo del proceso están configuradas de manera que se fusionan aguas arriba del contenedor (1).
14. La instalación de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 10 a 13, en la que el conducto principal del flujo del proceso (17) y el conducto lateral del flujo del proceso están configurados de manera que se fusionan aguas abajo del contenedor (1).
15. La instalación de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 14, en la que la instalación comprende medios de dosificación de base (21) aguas abajo del contenedor (1) para introducir una base en la disolución acuosa S2 que comprende al menos un hidrogenocarbonato alcalinotérreo (9).
16. La instalación de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 6 a 14, en la que la instalación comprende medios de dosificación de base (21) para introducir una base en el conducto principal del flujo del proceso (17) aguas abajo de donde el conducto lateral del flujo del proceso y el conducto principal del flujo del proceso (17) se fusionan, preferiblemente para introducir una base en la mezcla de la disolución acuosa S2 que comprende al menos un hidrogenocarbonato alcalinotérreo (9) junto con el agua en el conducto principal del flujo del proceso (17).
17. El uso de una instalación de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5 para la preparación de una disolución acuosa que comprende al menos un hidrogenocarbonato alcalinotérreo.
18. El uso de una instalación de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 14 para la mineralización y/o estabilización del agua.
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