ITUB20154766A1 - Recharging plant for a mixture of distilled water from thermal and permeation desalination plants from reverse osmosis desalination plants - Google Patents
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Description
“Impianto di ricarbonatazione di una miscela di acqua distillata proveniente da impianti di dissalazione di tipo termico e permeato proveniente impianti di dissalazione ad osmosi inversa” "Recarbonation plant of a mixture of distilled water from thermal desalination plants and permeate from reverse osmosis desalination plants"
TESTO DELLA DESCRIZIONE TEXT OF THE DESCRIPTION
La presente invenzione riguarda il processo di ricarbonatazione combinata di acqua distillata e permeato proveniente da impianti di dissalazione, mediante trattamento in reattori a carbonato di calcio ed iniezione di anidride carbonica ed acido solforico o acido cloridrico. The present invention relates to the combined recarbonation process of distilled and permeate water coming from desalination plants, by treatment in calcium carbonate reactors and injection of carbon dioxide and sulfuric acid or hydrochloric acid.
La ricarbonatazione di acqua distillata proveniente da impianti di dissalazione di tipo termico o del permeato proveniente da impianti di dissalazione a membrana è una tecnologia usata ormai da molti anni per la produzione di acqua potabile. L’acqua prodotta dai processi termici, ha un contenuto in sali variabile fra 0 e 25 mg/l, mentre quella prodotta da impianti ad osmosi inversa può avere un contenuto di sali superiore ma in ogni caso non sufficiente a renderla potabile. The recarbonation of distilled water from thermal desalination plants or of the permeate from membrane desalination plants is a technology that has been used for many years for the production of drinking water. The water produced by thermal processes has a salt content ranging between 0 and 25 mg / l, while that produced by reverse osmosis systems may have a higher salt content but in any case not sufficient to make it drinkable.
Pertanto quest’acqua deve essere ulteriormente trattata tramite impianti di ricarbonatazione per ricostituire l’alcalinità e la durezza necessarie ad essere definita potabile. Therefore this water must be further treated through recarbonation systems to restore the alkalinity and hardness necessary to be defined as drinkable.
Le tipologie di impianti più diffuse sono The most common types of systems are
1) Ricarbonatazione con iniezione di acqua di calce e anidride carbonica 2) Ricarbonatazione con reattori a carbonato di calcio ed anidride carbonica 1) Recarbonation with lime water and carbon dioxide injection 2) Recarbonation with calcium carbonate and carbon dioxide reactors
3) Ricarbonatazione con reattori a carbonato di calcio ed acido solforico 4) Ricarbonatazione con cloruro di calcio e bicarbonato di sodio 3) Recarbonation with calcium carbonate and sulfuric acid reactors 4) Recarbonation with calcium chloride and sodium bicarbonate
Il sistema di ricarbonatazione con iniezione di acqua di calce e anidride carbonica è regolata dalla seguente reazione: The recarbonation system with injection of lime water and carbon dioxide is regulated by the following reaction:
Ca(OH)2+2 C02= Ca(HC03)2Ca (OH) 2 + 2 C02 = Ca (HC03) 2
Il sistema di ricarbonatazione con reattori a carbonato di calcio ed anidride carbonica è regolata dalla seguente reazione: The recarbonation system with calcium carbonate and carbon dioxide reactors is regulated by the following reaction:
CaC03+ C02+ H20 = Ca(HC03)2CaC03 + C02 + H20 = Ca (HC03) 2
Il sistema di ricarbonatazione con reattori a carbonato di calcio ed acido solforico è regolata dalla seguenti reazioni: The recarbonation system with calcium carbonate and sulfuric acid reactors is regulated by the following reactions:
CaC03+ H2S04— C02+ H20+ CaS04CaC03 + H2S04— C02 + H20 + CaS04
CaC03+ C02+ H20 = Ca(HC03)2CaC03 + C02 + H20 = Ca (HC03) 2
che sommate danno: which add up to give:
2 CaC03+ H2S04= CaS04+ Ca(HC03)22 CaC03 + H2S04 = CaS04 + Ca (HC03) 2
Un analogo sistema di reazioni è ottenibile tramite la reazione con acido cloridrico: A similar reaction system can be obtained by reacting with hydrochloric acid:
CaC03+ 2 HCI= C02+ H20+ CaCI2CaC03 + 2 HCI = C02 + H20 + CaCI2
CaC03+ C02+ H20 = Ca(HC03)2CaC03 + C02 + H20 = Ca (HC03) 2
che sommate danno: which add up to give:
2 CaC03+ 2 HCI = CaCI2+ Ca(HC03)22 CaC03 + 2 HCI = CaCI2 + Ca (HC03) 2
Il sistema di ri carbonatazione con cloruro di calcio e bicarbonato di sodio consiste nell’aggiunta di questi reattivi che reagiscono fra di loro con la seguente reazione: The re-carbonation system with calcium chloride and sodium bicarbonate consists in the addition of these reagents which react with each other with the following reaction:
CaCI2+ 2 NaHC03= Ca(HC03)2+2 NaCI CaCl2 + 2 NaHC03 = Ca (HC03) 2 + 2 NaCl
Tutti i sistemi utilizzati hanno come finalità l’aumento del tenore di bicarbonati del prodotto finale. All the systems used have the purpose of increasing the bicarbonate content of the final product.
Le tecnologie maggiormente utilizzate per il trattamento del prodotto uscente dai dissalatori di tipo termico sono la 1) e la 2) perché risultano essere quelle che risultano essere quelle economicamente più convenienti. The technologies most used for the treatment of the product coming out of the thermal type desalinators are 1) and 2) because they are the ones that are the most economically convenient.
Negli impianti di dissalazione di tipo termico operanti ad alta temperatura (dai 90 ai 115 °C) il processo generalmente più utilizzato prevede la ricarbonatazione mediante carbonato di calcio ed anidride carbonica. In thermal desalination plants operating at high temperatures (from 90 to 115 ° C), the generally most used process involves recarbonation using calcium carbonate and carbon dioxide.
L’anidride carbonica può essere prodotta dalla combustione di metano o olio combustibile in eccesso d’aria seguita dal recupero tramite colonne di assorbimento dell’anidride carbonica prodotta o più comunemente utilizzando i gas incondensabili estratti dall’impianto di dissalazione che vengono separati dalle impurità presenti e a seguito di ri compressione ed iniettati nel distillato prodotto. Carbon dioxide can be produced by the combustion of methane or fuel oil in excess of air followed by recovery through absorption columns of the carbon dioxide produced or more commonly by using the incondensable gases extracted from the desalination plant which are separated from the impurities present. and following re-compression and injected into the distillate produced.
Generalmente l’anidride carbonica proveniente dall’impianto di dissalazione è in quantità sufficiente alla reazione di ricarbonatazione che avviene in colonne riempite di carbonato di calcio dove viene alimentata la corrente di distillato preventivamente arricchita di anidride carbonica. Generally, the carbon dioxide coming from the desalination plant is in sufficient quantity for the recarbonation reaction that takes place in columns filled with calcium carbonate where the distillate stream previously enriched with carbon dioxide is fed.
La C02, sviluppata nei primi stadi di un dissalatore di tipo termico, viene estratta attraverso il gruppo vuoto e all'uscita del condensatore finale del gruppo vuoto stesso (atmosferico) viene ricompressa e fatta assorbire nel distillato in una torre a riempimento in pressione (4 - 5 bar). The C02, developed in the first stages of a thermal-type desalinator, is extracted through the vacuum group and at the outlet of the final condenser of the vacuum group itself (atmospheric) it is recompressed and made to be absorbed in the distillate in a pressurized filling tower (4 - 5 bar).
La corrente in uscita, che rappresenta circa il 10% del distillato totale, viene miscelata in uscita dalle torri con un'altra porzione di distillato (circa il 20%) e la corrente risultante (circa il 30% del totale) viene immessa in alcuni reattori contenenti carbonato di calcio in pezzatura dove avviene la reazione di ricarbonatazione. The outgoing stream, which represents about 10% of the total distillate, is mixed at the outlet from the towers with another portion of distillate (about 20%) and the resulting stream (about 30% of the total) is fed into some reactors containing calcium carbonate in size where the recarbonation reaction takes place.
Per avere tempi di permanenza accettabili la C02 è in largo eccesso rispetto al valore stechiometrico. La corrente in uscita, che contiene quindi C02, viene degasata in uno stripper a riempimento e successivamente unita, in una camera di miscelazione, alla residua parte di distillato (70%) per ottenere il prodotto finale con la richiesta alcalinità. In order to have acceptable residence times, the C02 is in large excess with respect to the stoichiometric value. The outgoing stream, which therefore contains C02, is degassed in a filled stripper and subsequently joined, in a mixing chamber, to the residual part of distillate (70%) to obtain the final product with the required alkalinity.
Il pH, che risulta leggermente acido per la presenza di C02 residua, viene quindi corretto iniettando NaOH. The pH, which is slightly acidic due to the presence of residual C02, is then corrected by injecting NaOH.
Il processo di ricarbonatazione può essere utilizzato anche nel caso di permeati prodotti con processo a membrana; in questo caso l’anidride carbonica deve essere approvvigionata dall’esterno o prodotta mediante un impianto di combustione di gas naturale o combustibile liquido. The recarbonation process can also be used in the case of permeates produced with a membrane process; in this case the carbon dioxide must be supplied from outside or produced by a natural gas or liquid fuel combustion plant.
Nel caso in cui occorre trattare acque prodotte da due diverse tipologie di impianto, termico e a membrana, generalmente le due correnti vengono trattate separatamente e ricongiunte a valle del trattamento. In the event that it is necessary to treat water produced by two different types of systems, thermal and membrane, generally the two streams are treated separately and rejoined downstream of the treatment.
La presente invenzione riguarda un processo di ricarbonatazione di una corrente congiunta di acqua distillata proveniente da impianti di dissalazione di tipo termico e permeato proveniente impianti di dissalazione ad osmosi inversa mediante utilizzo di reattori a carbonato di calcio ed iniezione di anidride carbonica ed acidi forti. The present invention relates to a process of recarbonation of a joint stream of distilled water coming from thermal and permeate desalination plants coming from reverse osmosis desalination plants by using calcium carbonate reactors and injection of carbon dioxide and strong acids.
Il trattamento della corrente congiunta di acqua distillata e permeato permette di ottimizzare il dimensionamento dei reattori a carbonato di calcio tenendo conto che la velocità di reazione a temperature più elevate aumenta e quindi è possibile ridurre il volume complessivo dei reattori. The treatment of the joint stream of distilled and permeate water allows to optimize the sizing of the calcium carbonate reactors, taking into account that the reaction rate at higher temperatures increases and therefore it is possible to reduce the overall volume of the reactors.
Il dimensionamento dei reattori è infatti generalmente effettuato nelle condizioni di funzionamento più severe e quindi con la temperatura di funzionamento inferiore e conseguentemente il volume dei reattori stessi risulta maggiore. The sizing of the reactors is in fact generally carried out in the most severe operating conditions and therefore with the lower operating temperature and consequently the volume of the reactors themselves is greater.
Secondo la tecnica nota il processo di ricarbonatazione comprende le seguenti fasi: According to the known art, the recarbonation process comprises the following steps:
a) L’anidride carbonica recuperata dal condensatore finale del gruppo vuoto di un impianto di dissalazione di tipo termico e ricompressa o in alternativa proveniente da un sistema di stoccaggio della stessa viene iniettata nella parte inferiore di una colonna di assorbimento in controcorrente con un frazione dell’acqua distillata proveniente dal dissalatore. a) The carbon dioxide recovered from the final condenser of the vacuum group of a thermal desalination plant and recompressed or alternatively coming from a storage system of the same is injected into the lower part of an absorption column in countercurrent with a fraction of the distilled water from the desalinator.
b) La miscela di acqua distillata e permeato sovra satura di anidride carbonica viene quindi miscelata con un’altra parte del distillato e la corrente risultante viene inviata ad una colonna riempita di carbonato di calcio (carbonato di calcio) in pezzatura dove avviene la reazione di dissoluzione del carbonato stesso e la formazione di bicarbonato di calcio. b) The mixture of distilled water and permeate over saturated with carbon dioxide is then mixed with another part of the distillate and the resulting stream is sent to a column filled with calcium carbonate (calcium carbonate) in size where the reaction of dissolution of the carbonate itself and the formation of calcium bicarbonate.
c) Poiché la reazione di dissoluzione non è completa e parte dell’anidride carbonica resta disciolta nell’acqua la corrente in uscita dalla colonna di carbonato di calcio viene successivamente inviata ad un colonna degassatrice dove per azione di aria inviata in controcorrente l’anidride carbonica viene quasi integralmente rimossa dall’acqua ed inviata all’atmosfera. c) Since the dissolution reaction is not complete and part of the carbon dioxide remains dissolved in the water, the stream exiting the calcium carbonate column is subsequently sent to a degassing column where, due to the action of air sent in countercurrent, the carbon dioxide it is almost completely removed from the water and sent to the atmosphere.
d) La corrente finale di acqua cosi ricarbonatata è inviata ad una camera di miscelazione dove viene unita al distillato residuo per l'ottenimento del prodotto finale. d) The final stream of water thus recarbonated is sent to a mixing chamber where it is combined with the residual distillate to obtain the final product.
Il processo sopra descritto è realizzabile nella maggior parte degli impianti di dissalazione di tipo termico ove l’anidride carbonica è generalmente prodotta in quantità sufficiente ad assicurare la ricarbonatazione del distillato prodotto mediante evaporazione. The process described above can be carried out in most thermal desalination plants where carbon dioxide is generally produced in sufficient quantities to ensure the recarbonation of the distillate produced by evaporation.
Esistono però dei casi in cui l’anidride carbonica non è sufficiente alla effettuazione del processo ed è necessario ricorrere all’utilizzo di acidi forti che integrino l’anidride carbonica per la dissoluzione del carbonato di calcio al fine di raggiungere il contenuto di bicarbonati richiesto. However, there are cases in which carbon dioxide is not sufficient to carry out the process and it is necessary to resort to the use of strong acids that integrate carbon dioxide for the dissolution of calcium carbonate in order to reach the required bicarbonate content.
In particolare quando gli impianti di dissalazione sono di tipo ibrido per cui è necessario trattare sia acqua distillata che permeato per ottenere acqua ad uso potabile, vengono installati due impianti separati che trattano le due correnti e le uniscono solo dopo il trattamento. In particular, when the desalination plants are of the hybrid type for which it is necessary to treat both distilled and permeate water to obtain drinking water, two separate plants are installed that treat the two streams and join them only after treatment.
Questo tipo di soluzione impiantistica presenta però alcuni svantaggi: 1. La temperatura dell’acqua di alimentazione dipende dalla temperatura della sorgente che ha escursioni significative (tra 15 e 35 °C) e non è possibile modificare la temperatura di alimentazione stessa perché le variazioni sono legate alle normali escursioni tra estate e inverno 2. l'impianto che tratta il permeato deve essere progettato per funzionare alla temperatura più bassa; infatti alla temperatura minima la velocità di reazione dell’anidride carbonica e/o dell’acido forte con il carbonato di calcio è inferiore e pertanto è necessario aumentare i tempi di permanenza. However, this type of system solution has some disadvantages: 1. The temperature of the supply water depends on the temperature of the source which has significant excursions (between 15 and 35 ° C) and it is not possible to change the supply temperature itself because the variations are linked to normal excursions between summer and winter 2. the plant that treats the permeate must be designed to operate at the lowest temperature; in fact, at the minimum temperature the reaction rate of carbon dioxide and / or strong acid with calcium carbonate is lower and therefore it is necessary to increase the residence times.
3. Conseguentemente il volume dei reattori che trattano il permeato risulta essere maggiore con un aggravio di costi di installazione dell’impianto 3. Consequently, the volume of reactors that treat the permeate is greater with an increase in plant installation costs
4. L'installazione di impianti separati rende la gestione degli impianti onerosa 4. The installation of separate systems makes the management of the systems onerous
5. L'impianto che tratta il distillato consuma maggiori quantità di carbonato e di anidride carbonica per formare la quantità richiesta di bicarbonati. 5. The plant that processes the distillate consumes greater quantities of carbonate and carbon dioxide to form the required quantity of bicarbonates.
Lo scopo principale della presente invenzione è pertanto fornire un sistema di ri carbonatazione in grado di produrre vantaggiosamente un prodotto finale con un adeguato tenore di bicarbonati nel caso in cui vengano trattate acque prodotte con diversi sistemi di dissalazione. The main object of the present invention is therefore to provide a re-carbonation system capable of advantageously producing a final product with an adequate content of bicarbonates in the event that waters produced with different desalination systems are treated.
Questo ed altri scopi vengono raggiunti dalla presente invenzione tramite un impianto come rivendicato nella rivendicazione 1. This and other purposes are achieved by the present invention by means of a plant as claimed in claim 1.
Ulteriori vantaggi e caratteristiche della presente invenzione appariranno meglio dalla seguente descrizione di una forma di realizzazione della stessa, eseguita con riferimento al disegno allegato, nel quale: Further advantages and characteristics of the present invention will become clearer from the following description of an embodiment thereof, carried out with reference to the attached drawing, in which:
La fig.1 illustra un diagramma schematico di un impianto di ricarbonatazione di acque prodotte con differenti sistemi secondo una forma esecutiva della presente invenzione e provvisto di una serie di equipaggiamenti aventi differenti funzioni di processo. Fig. 1 illustrates a schematic diagram of a water recarbonation plant produced with different systems according to an embodiment of the present invention and provided with a series of equipment having different process functions.
Con riferimento al disegno allegato con 1 è indicata una linea di alimentazione dei gas estratti dal l’evaporatore. With reference to the drawing attached, 1 indicates a supply line for the gases extracted from the evaporator.
Questi gas dopo essere stati compressi mediante un compressore meccanico (non illustrato), vengono separati dall’ umidità presente e fatti passare attraversano un filtro a carboni attivi (non illustrato) per la rimozione di eventuali impurità. These gases, after being compressed by a mechanical compressor (not shown), are separated from the humidity present and passed through an activated carbon filter (not shown) to remove any impurities.
Dopo aver subito questi trattamenti preliminari, questi gas contenenti una percentuale di anidride carbonica pari al 20 - 25% della portata totale dei gas vengono alimentati ad una colonna di assorbimento 2 alimentata in controcorrente da una corrente 103 costituita da distillato 3 e permeato 3’ preventivamente miscelati in un miscelatore 100. After undergoing these preliminary treatments, these gases containing a percentage of carbon dioxide equal to 20 - 25% of the total gas flow are fed to an absorption column 2 fed in countercurrent by a stream 103 consisting of distillate 3 and permeate 3 'in advance. mixed in a 100 mixer.
Proseguendo nel processo di assorbimento questa corrente mista di permeato e distillato si arricchisce di anidride carbonica proveniente dalla linea 1 fino ad un contenuto compatibile con la pressione della colonna che è generalmente paria 4 - 5 bar assoluti. I gas esausti vengono scaricati all’esterno della colonna 2 attraverso la linea 4. Continuing in the absorption process, this mixed stream of permeate and distillate is enriched with carbon dioxide coming from line 1 up to a content compatible with the pressure of the column which is generally 4 - 5 absolute bar. The exhaust gases are discharged outside the column 2 through line 4.
La corrente di distillato e permeato satura di anidride carbonica in uscita dalla colonna 2 attraverso la linea 5 viene miscelata ad una seconda corrente di distillato e permeato che è stato precedentemente portata in pressione mediante una pompa (non illustrata) che viene alimentata attraverso la linea 103, 6, 106 e la linea 7 ad un reattore 8 contenente carbonato di calcio in pezzatura. The stream of distillate and permeate saturated with carbon dioxide leaving column 2 through line 5 is mixed with a second stream of distillate and permeate which has been previously brought to pressure by means of a pump (not shown) which is fed through line 103 , 6, 106 and line 7 to a reactor 8 containing calcium carbonate in size.
In questa seconda corrente di distillato e permeato viene immessa una certa quantità di un acido forte, quale l’acido cloridrico o l’acido solforico, alimentato attraverso la linea 9 ed il miscelatore 10 alla corrente fluente nella linea 106, al fine di abbassare il pH della miscela liquida e ridurre i tempi di permanenza nel reattore 8 contenente carbonato di calcio. In this second stream of distillate and permeate a certain quantity of a strong acid is introduced, such as hydrochloric acid or sulfuric acid, fed through the line 9 and the mixer 10 to the current flowing in the line 106, in order to lower the pH of the liquid mixture and reduce the residence times in the reactor 8 containing calcium carbonate.
Nel reattore avviene la reazione di formazione dei bicarbonati mediante le due seguenti reazioni: The reaction of formation of bicarbonates takes place in the reactor by means of the following two reactions:
CaC03+ C02+ Η20 - Ca(HC03)2CaC03 + C02 + Η20 - Ca (HC03) 2
CaC03+ 2 HCI <→ CaCI2+ H20 C02CaC03 + 2 HCI <→ CaCI2 + H20 C02
che sommate danno: which add up to give:
2 CaC03+ 2 HCI = CaCI2+ Ca(HC03)22 CaC03 + 2 HCI = CaCI2 + Ca (HC03) 2
La corrente di acqua ricarbonatata in uscita dal reattore 8 a carbonato di calcio, viene alimentata attraverso la linea 7’ al deareatore 11, nel quale viene sottoposta a deaerazione per mezzo di una corrente 12 di aria di strippaggio, venendo i gas esausti fatti defluire all’esterno attraverso la condotta 13. Infine tale corrente di acqua ricarbonatata viene congiunta ad una quota di acqua distillata non trattata, spillata dalla condotta 3, per rottenimento del prodotto finale che fuoriesce dalla condotta 14. The stream of recarbonated water leaving the calcium carbonate reactor 8 is fed through line 7 'to the deaerator 11, in which it is deaerated by means of a stream 12 of stripping air, the exhaust gases being made to flow into the through the duct 13. Finally, this stream of recarbonated water is joined to a portion of untreated distilled water, tapped from the duct 3, to break up the final product that comes out of the duct 14.
Resta anche inteso che rimpianto descritto ed illustrato in Figura 1 è dato unicamente ad esempio di una forma esecutiva di attuazione della presente invenzione, restando inteso che a tale impianto possono essere apportate numerose varianti e modifiche, neH’ambito del concetto innovativo della presente invenzione, come a seguito rivendicato. It is also understood that the regret described and illustrated in Figure 1 is given only as an example of an embodiment of the present invention, it being understood that numerous variants and modifications can be made to this system, within the scope of the innovative concept of the present invention, as claimed below.
Claims (3)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| ITUB2015A004766A ITUB20154766A1 (en) | 2015-11-03 | 2015-11-03 | Recharging plant for a mixture of distilled water from thermal and permeation desalination plants from reverse osmosis desalination plants |
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| ITUB2015A004766A ITUB20154766A1 (en) | 2015-11-03 | 2015-11-03 | Recharging plant for a mixture of distilled water from thermal and permeation desalination plants from reverse osmosis desalination plants |
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| ITUB2015A004766A ITUB20154766A1 (en) | 2015-11-03 | 2015-11-03 | Recharging plant for a mixture of distilled water from thermal and permeation desalination plants from reverse osmosis desalination plants |
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