MXPA05004534A - Metodo y aparato para operacion de evaporacion con alta eficiencia. - Google Patents

Abstract

Un proceso para el tratamiento de una corriente acuosa para producir una corriente de destilado que tiene bajo contenido de soluto y una corriente de purga que tiene alto contenido de soluto/solidos que utiliza un metodo para incrementar la eficiencia de un evaporador, mientras que proporciona un ambiente esencialmente libre de incrustaciones para las superficies de termo-transferencia. Iones multivalentes y alcalinidad sin-hidroxido se retiran de las corrientes de alimentacion acuosas a niveles muy bajos y luego el pH se aumenta de preferencia a aproximadamente 9 o superior para incrementar la ionizacion de constituyentes bajos ionizables en la solucion acuosa. De esta manera, especies tales como silice y boro se vuelven altamente ionizadas y su solubilidad en la solucion concentrada que esta presente en el equipo de evaporacion, se incrementa significativamente. El resultado de esto es factores de concentracion altos permisibles y un incremento correspondiente en la recuperacion de agua reutilizable de alta calidad esencialmente sin incrustacion.

Description

WO 2004/035479 Al I HUI II mili lllll lllll IIIIJ lili 111 III lllll lllll Bill III» 11111 lili EIIUI lili Hll OIE — before the expiration of the time ¡¡mil for amending the For two-letter codes and other abbreviations, refer to the "Guid- claims and to be republished in the event of receipt of ance Notes on Codes andAbbreviations" appearing al the begin- amendments ning ofeach regular issue of the PCT Gazette.

MÉTODO Y APARATO PARA OPERACIÓN DE EVAPORACIÓN CON ALTA EFICIENCIA REFERENCIA CRUZADA A SOLICITUDES RELACIONADAS [00001] Esta solicitud se basa en y reivindica prioridad de la solicitud de patente provisional de los E.U.A. No. de Serie 60/419,552 presentada en Octubre 18, 2002 y la solicitud de patente provisional de los E.U.A. No. de Serie 60/419,549 presentada en Octubre 18, 2002. CAMPO TÉCNICO [00002] Este proceso se refiere en general a un método y a un sistema de evaporación de agua para el tratamiento de aguas que contienen materiales orgánicos disueltos y sales inorgánicas y en particular a un método que resulta en una superficie de termo transferencia sin incrustaciones. En diversas modalidades, este proceso se refiere a métodos para alimentar el tratamiento de aguas que resulta en superiores factores de concentración de diseño (superior recuperación), un incremento en la disponibilidad en-corriente del sistema de evaporación y un ambiente libre esencialmente de depósitos o incrustaciones en la superficie de termo transferencia. ANTECEDENTES [00003] En el mundo actual de creciente conciencia respecto al ambiente, junto con los altos costos y reglamentos que impiden y/o limitan la eliminación de aguas de desecho a servicios de tratamiento de propiedad pública o al ambiente, hay demanda por equipo de tratamiento de aguas que minimiza las aguas de desecho, promueve la reutilización del agua en el proceso y reduce la cantidad de agua fresca que tiene que ser importada de pozos o suministros de agua públicos. [00004] Las restricciones impuestas en muchas industrias, tales como plantas de energía eléctrica-vapor, plantas de energía nuclear y compañías productoras de petróleo, han llevado a la adopción de políticas de cero descarga de líquidos (ZLD = Zero Liquid Discharge) en muchos casos. Una instalación puede lograr ZLD al recolectar y recuperar la mayoría o toda el agua de las aguas de desecho. El agua de desecho altamente concentrada resultante o sólidos secos, luego se mantienen en albercas en el sitio o los sólidos secos pueden transportarse a un depósito sanitario. [00005] Una variedad de tecnologías se han desarrollado para recuperar aguas de desecho o reducir el volumen de aguas de desecho. Estas tecnologías tienen limitaciones de complejidad y susceptibilidad a interrupción de servicio o falla de componentes debidos a corrosión, incrustación o depósitos o incrustación por los constituyentes de las aguas de desecho especialmente cuando las aguas de alimentación varían de condiciones previstas. [00006] Una demanda continua existe por un proceso simple y eficiente que pueda proporcionar confiablemente agua de una calidad deseada, en equipo que requiere mínimo mantenimiento. En particular, sería conveniente mejorar la eficiencia del uso de agua de alimentación, y reducir tanto los costos operativos como costos de capital para sistemas de agua de alta calidad como se requiere para diversas industrias. [00007] En la mayoría de los sistemas de tratamiento de aguas para las industrias anteriormente mencionadas, los parámetros de diseño y operación de plantas, generalmente están ligados a concentraciones finales (usualmente expresadas como total de sólidos disueltos o TDS" = Total Dissolved Solids), que son tolerables en equipo selecto con respecto a los límites de solubilidad de las especies escasamente solubles presentes. En particular, sílice, sulfato de calcio, sulfato de bario, fluoruro de calcio y sales fosfato, a menudo limitan las concentraciones finales que se logran o requiere la operación del sistema utilizando el diseño así denominado de fango sembrado. Para lograr la formación de incrustaciones y decremento resultante en rendimiento térmico, el diseño y operación de una planta de tratamiento de agua basada en la evaporación debe reconocer la posibilidad de la formación de sílice y otros tipos de incrustaciones, y debe limitar las velocidades de recuperación de agua y prácticas operacionales de conformidad. De hecho, la experiencia típica de plantas de evaporación ha sido que una reducción en gastos de flujo de destilado requieren limpieza química del evaporador a intervalos regulares. Esta limpieza típicamente se ha requerido debido a la formación de depósitos, incrustación de partículas, bioincrustación o alguna combinación de estas. Debido al costo, inconveniencia y pérdidas de producción resultantes de estos ciclos de limpieza, sería ventajoso el alargar lo más posible el tiempo entre los eventos de limpieza química requeridos. [00008] Sería conveniente el reducir las tendencias de depósitos, incrustación y corrosión del agua de alimentación al punto donde los factores de concentración se incrementaran en el diseño, y en donde los gastos de flujo puedan incrementarse en comparación con límites de métodos de control de depósitos convencionales empleados en sistemas de evaporación de agua. Elevar los factores de concentración permisibles y los gastos de flujo, junto con reducción del potencial de corrosión, siempre es importante para el usuario final ya que estos puntos de diseño resultan en reducción de los costos de capital. [00009] El presente estado de la técnica incorpora varias estrategias diferentes para aliviar los problemas asociados con incrustaciones y depósitos en sistemas de superior concentración. Estos incluyen el uso de agentes quelantes, dispersantes, promotores de solubilidad, filtros, precipitadores de sílice, que operan a bajos factores de concentración, y el uso de deposición preferencial en un fango sembrado de cristales de sulfato de calcio (CaS04). En el método de deposición preferencial, los cristales precipitantes de baja solubilidad, tienden a depositarse en las semillas que se suspenden en la solución en circulación en vez de en la superficie de transferencia térmica. [00010] Procesos de separación de membranas también se han empleado para obtener agua reutilizable de aguas de desecho, pero típicamente están limitados a bajas operaciones de recuperación debido a los límites depósitos/incrustación, frecuentes limpiezas e intervalos de reemplazo de tres años o menos, debido en parte a las limpiezas frecuentes que pueden provocar que pierdan su capacidad de rechazo así como productividad. Una nueva tecnología RO patentada, HEROmr, utiliza ablandamiento y operación a alto pH para obtener recuperaciones de hasta 90 por ciento, pero aún tiene que mostrar una vida de membrana prolongada comparable a los 20 años esperados de un evaporador. Este proceso también está limitado en factor de concentración permisible que se alcance debido a limitaciones de presión osmótica, que actualmente es de alrededor de 10 por ciento de aproximado total de sólidos disueltos. [00011] Los métodos de la técnica previa tienen las siguientes desventajas: (a) se basan en aditivos anti-incrustación para evitar formación de incrustación, o (b) se basan en técnicas de sembrado para deposición preferencial para minimizar las incrustaciones de la superficie de transferencia térmica y otras. La deposición preferencial mientras que funciona bien en algunas aplicaciones, no es la respuesta final ya que no puede esperarse que recoja todo cristal individual que se precipite y algunos invariablemente terminan en la superficie de transferencia térmica o paredes de colector, en donde ellas mismas actúan como un sitio de siembra para acumulación de incrustaciones. Además, ciertas aguas de alimentación no tienen suficiente sulfato de calcio (CaS04) en solución para servir como un fango de semillas auto renovante. Estas aguas de alimentación luego requieren del uso de sistemas de tratamiento químicos tradicionales para suministrar el calcio requerido (Ca) o sulfato (S04) o ambos necesarios para este tipo de método de control de incrustación. Adicionales complicaciones inherentes al método de deposición preferencial son (1 ) la necesidad por control cuidadoso de la cantidad de tamaño de semillas que circulan en cualquier tiempo dado para que una semilla muy pequeña provoque que ocurra incrustación en la porción de flujo laminar de la corriente y demasiadas semillas resulten en taponado de áreas como las bandejas de distribución de agua, y (2) hay un limite al factor de concentración que se obtiene cuando la presencia de sales dobles tales como glauberita (NaCa(S04)2) formen incrustación conforme se incremente el factor de concentración. [00012] De esta manera, en su mayoría, los métodos de la técnica previa tienen una o más de las siguientes desventajas: (a) se basan en aditivos antiincrustación o dispersantes para evitar formación de incrustación, (b) están sujetos a incrustación, depósitos y una corta vida útil, (c) se basan en técnicas de sembrado para minimizar deposición de incrustaciones, o (d) no son capaces de concentrar más allá de 7 u 8 por ciento de TDS. De esta manera, las ventajas de nuestro proceso de tratamiento, que explotan (a) remoción de cationes multivalentes a niveles residuales no precipitantes, y (b) desalcalinización eficiente para permitir operación del evaporador libre de problemas prolongada a alto niveles de pH, son importantes y evidentes por sí mismos. [00013] Conforme el agua se vuelve cada vez más costosa o hay poco suministro, o ambos, sería conveniente el incrementar la proporción de agua producto tratada a alimentación de agua como materia prima en sistemas evaporadores. Por lo tanto, puede apreciarse que sería conveniente el lograr costos reducidos de tratamiento de agua al permitir tratamiento de agua a factores de concentración total superiores que lo que se logra comúnmente en la actualidad. Finalmente, sería claramente conveniente el satisfacer estos objetivos de tratamiento de aguas cada vez más difíciles con mejor disponibilidad de sistema y más largos tiempos de operación que los que se alcanzan actualmente. [00014] En cuanto a lo que sabemos, nadie hasta la fecha ha considerado factible el operar un sistema de tratamiento de aguas basado en el evaporador en un ambiente libre de incrustaciones y a un pH elevado, en operaciones de largo plazo continuas y sostenibles para producir un producto de agua de alta calidad. El enfoque de ingeniería convencional ha sido diseñar alrededor de o batallar con la formación de depósitos o de incrustaciones, por el uso de pH moderado, al limitar los factores de concentración finales por el uso de aditivos químicos, o por el uso de posición preferencial. [00015] En contraste con los métodos de la técnica previa para tratamiento de aguas, el método aquí descrito utilizan la filosofía esencial de diseño de eliminar virtualmente cualquier ocurrencia posible de fenómenos de incrustación durante operación del evaporador al pH máximo factible, mientras que se mantiene el factor de concentración deseado y aprovechando la recuperación de aguas que resulta.

COMPENDIO [00016] Ahora se ha inventado un método de tratamiento de aguas novedoso que enfatiza la alimentación de un evaporador con agua libre de cationes multivalentes esencialmente, que permite una evaporación de alto pH en un ambiente libre de incrustaciones, para producir un destilado de alta calidad a ciclos de concentraciones superiores. [00017] En un proceso de tratamiento de aguas de alimentación único, aguas de materias primas de composición química conveniente de preferencia se tratan con una resina de intercambio de iones, cationes, ácido débil operada en forma hidrógeno, para retirar simultáneamente cationes multivalentes y alcalinidad. Las resinas de intercambio de cationes ácidas débiles pueden operarse a niveles de alcalinidad y dureza del agua de alimentación en bruto de ingreso muy por encima de aquellos que provocarían que fallaran los sistemas de intercambio de iones convencionales debido a rompimiento de la dureza. [00018] El diseño del tren de tratamiento preferido empleado en nuestra planta de tratamiento de aguas de desecho supera una cantidad de problemas importantes y serios. Primero, los bajos niveles de cationes multivalentes, combinados con eliminación virtual de alcalinidad sin hidróxido, elimina sustancialmente la precipitación de compuestos formadores de incrustación, asociados con aniones sulfato, carbonato o silicato. De esta manera, requerimientos de limpieza se minimizan. Esto es importante comercialmente debido a que permite a una planta de tratamiento de aguas evitar la pérdida de producción de agua, lo que de otra forma requeriría en forma indeseable un tamaño incrementado de la planta en tratamiento para permitir la pérdida de producción durante ciclos de limpieza. En segundo, las condiciones operacionales de alto pH preferidas permiten que un alto grado de ionización sea logrado en diversas especies que están escasamente ionizadas a pH neutro o a casi neutro en solución acuosa, para permitir que estas especies se concentren a superiores niveles antes de precipitación. De esta manera, el método no tiene la limitación de presión osmótica de sistemas basados en membrana y permite operación a concentraciones TDS muy superiores, con recuperación superior resultante o agua y reducción en la cantidad de desecho final. Finalmente, la operación a alto pH y calor proporciona protección contra contaminación biológica, de esta manera evitando contaminación indeseable de la corriente destilada. Al pH operacional alto preferido, bacterias y endotoxinas se destruyen efectivamente. En esencia, los sistemas de tratamiento de aguas que operan de acuerdo con el proceso presente, normalmente operan a condiciones, que pueden ordinariamente considerarse condiciones de limpieza para sistemas de evaporación convencionales. [00019] Ahora hemos desarrollado un novedoso diseño de proceso para utilizar en el tratamiento de agua. En una modalidad, el proceso involucra tratamiento de una corriente de agua de alimentación, que se caracteriza por la presencia de (i) cationes multivalentes, (¡i) alcalinidad, y (iii) especies moleculares que son escasamente ionizadas cuando están en soluciones acuosas con pH neutro o casi neutro, para producir una corriente destilada que contiene bajo soluto y una corriente de purga o escape que tiene alto contenido de sólidos. El proceso involucra eliminar efectivamente la tendencia a formar incrustación del agua de alimentación como materia prima, cuando el agua de alimentación como materia prima se concentra al factor de concentración deseada a un pH selecto al retirar cationes multivalentes de la corriente de agua de alimentación a la materia prima y al efectuar, en cualquier orden uno o más de los siguientes: (i) retirar alcalinidad de la corriente de agua de alimentación materia prima, (ii) retirar gases disueltos ya sea inicialmente presentes o creados durante las etapas de remoción de alcalinidad o cationes multivalentes, o (iii) elevar el pH. El pH del agua de alimentación se eleva a un pH selecto en un intervalo de entre 9 y 10, o de otra forma en exceso de 10, y más preferible hasta aproximadamente 11 a 12 o algo más, hasta que los beneficios alcanzados por alta ionización de sílice y otras especies, se rebasan por el costo adicional. El incremento de pH se logra al agregar una base selecta en la corriente de alimentación suavizada y desgasificada, de preferencia por inyección directa en la corriente de alimentación o en forma alterna en el colector del evaporador. El incremento de pH desplaza las especies moleculares, que son escasamente ionizadas cuando están a pH neutro o casi neutro hacia la ionización incrementada. El agua de alimentación ajustada en pH luego se envía a través de equipo de evaporación de transferencia térmica para producir una corriente de purga concentrada y una corriente destilada que contiene bajo soluto. El equipo de evaporación típicamente es del tipo de película descendente en donde la superficie de termo transferencia está constituida por una cantidad de tubos con evaporación ya sea en la superficie interior o exterior, una pluralidad de placas estilo con evaporación en la superficie exterior o un proceso de circulación forzada. Es importante que en nuestro proceso, el equipo de evaporación opera en un ambiente libre esencialmente de incrustaciones para producir una corriente destilada, que está sustancia Imente libre de las especies normalmente indeseables mientras que se opera a una eficiencia incrementada debido a límites incrementados de solubilidad de sales escasamente solubles a un pH elevado. OBJETIVOS, VENTAJAS Y CARACTERISTICAS [00020] De lo anterior, será aparente que un objetivo importante y primario de la presente invención reside en proporcionar un método novedoso para tratamiento de aguas, para producir en forma confiable y continua sobre largos ciclos operacionales, una corriente destilada de agua de alta calidad, adecuada para reutilización a reducidos costos de capital y operativo. [00021] Más específicamente, un objeto importante de nuestra invención es proporcionar un método de tratamiento de aguas basado en evaporación que es capaz de evitar problemas de depósitos e incrustación comunes, a fin de proporcionar en forma confiable un método de generación de agua de alta calidad, cuando se opera a una eficiencia incrementada en una variedad de aguas de desecho. [00022] Otros objetivos importantes pero más específicos de la invención residen en proporcionar un método para tratamiento de aguas como se describe en los párrafos precedentes que: [00023] permiten la remoción de cationes multivalentes y alcalinidad de un agua de alimentación selecta, que sea realizada en una forma simple directa; [00024] tiene altas proporciones de eficiencia, esto es, proporciona elevadas salidas de agua producto respecto a la cantidad de ingreso de agua de alimentación a la planta de tratamiento de agua; [00025] permite operación a pH sobre 9, que reduce la concentración de ión hidrógeno presente en la solución acuosa; [00026] permite operación a superiores gastos de transferencia térmica específicos que reducen la cantidad de superficie de termo transferencia requerida; [00027] permite remoción de oxígeno disuelto de la solución acuosa; [00028] en conjunto con los objetivos precedentes, la reducción de concentración de ión hidrógeno y oxígeno reduce la corrosividad de la solución acuosa permitiendo el uso de materiales de menor costo para la mayoría de las aguas de alimentación; [00029] proporciona menores costos unitarios al operador de la planta de tratamiento y de esta manera al usuario del agua, que lo que es el caso actualmente; [00030] en conjunto con el objetivo recién mencionado resulta en menos uso de productos químicos que en la mayoría de las instalaciones de tratamiento de aguas, al eliminar virtualmente el uso de algunos tipos de aditivos químicos hasta la fecha comúnmente empleados, particularmente inhibidores de incrustación o productos químicos requeridos para mantener un fango sembrado, y elimina costosas técnicas de remoción de incrustaciones físicas/químicas y tiempo no operativo; [00031] en conjunto con el objetivo de ambiente libre de incrustaciones previamente mencionado, resulta en un menor potencial de corrosión y permite materiales de construcción de menor grado en lugar de materiales de alta aleación. [00032] Una característica de una modalidad de la presente invención es el uso de una combinación única de intercambio de iones cationes ácido débil, con remoción de alcalinidad y dureza sustanciaimente completas y subsecuente operación de evaporación a pH alto, de esta manera permitiendo que la planta de tratamiento de agua minimice el porcentaje de agua de purga. Esto resulta en altas eficiencias de ciclo total. [00033] Otra característica de la presente invención es el uso de una operación a alto pH para especies ionizables débilmente, altamente ionizadas tales como sílice o boro, de esta manera permitiendo la operación con límites de concentración de sílice o de boro que exceden considerablemente los limites de sistemas de tratamiento de evaporación convencionales cuando se tratan aguas de alimentación de química comparable. [00034] Otra característica de la presente invención es la capacidad por retirar amoníaco de la corriente de alimentación como parte del proceso en lugar de otro proceso separado. El ión amonio (NH4) es muy soluble en agua, con un valor de constante de disociación (p a) de 9.24. A un pH de 11.2 en la corriente de alimentación, un punto de operación de proceso típico de la presente invención, es más del noventa por ciento (90%) disociado en el ión amoníaco (NH3) y pueda ser retirado en el desgasificador. [00035] Todavía otra característica de la presente invención es la capacidad de modificación retroactiva de plantas de evaporación existentes para que operen de acuerdo con el presente diseño de proceso, para incrementar la capacidad sin aumentar la superficie de transferencia térmica instalada. [00036] Otros objetivos, características y ventajas adicionales importantes de la invención serán aparentes para aquellos con destreza en la técnica de lo anterior, y de una descripción detallada que sigue, y de las reivindicaciones anexas, en conjunto con los dibujos acompañantes. BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS [00037] Todas las modalidades ejemplares aquí mostradas incorporan la opción del concepto cero descarga de líquido (ZLD = Zero Liquid Discharge) como una parte de la ilustración. Aquellos con destreza en la especialidad reconocerán que simplemente minimizar la corriente purga, sin el uso de un dispositivo de deshidratación, puede en ciertas ocasiones también calificar al sistema como ZLD. El método de evaporación con alta eficiencia es altamente específico de sitio en donde las etapas de proceso individuales se ajustan a la medida para adaptar el agua de alimentación específica y necesidad del cliente al sitio específico. Por esta razón, todas las modalidades posibles de este método novedoso de tratamiento de aguas no se ilustran y como aquellos con destreza en la especialidad podrán apreciar, otras modalidades ilustrativas simplemente reflejarán variaciones y arreglos de algunos componentes sin afectar el espíritu o concepto de esta invención. [00038] El mismo identificador con características idénticas de referencia se ilustra en cada uno de los dibujos. [00039] La Figura 1 es una gráfica que ilustra la ionización de sílice como una función de pH; [00040] La Figura 2 es un diagrama de flujo que ilustra una modalidad de un método de tratamiento de aguas novedoso descrito aquí para obtener evaporación de alta eficiencia utilizando un sistema de intercambio de cationes de ácido débil, para retirar cationes divalentes y alcalinidad asociados con dureza en una etapa; [00041] La Figura 3 es un diagrama de flujo que ilustra otra modalidad del método de tratamiento de aguas novedoso descrito aquí para obtener evaporación de alta eficiencia y destilado de alta pureza simultáneamente; [00042] La Figura 4 es un diagrama de flujo que ilustra otra modalidad del método de tratamiento de agua novedoso aquí descrito para obtener evaporación de alta eficiencia, purga minimizado y destilado que contiene bajo soluto para utilizar como una torre de enfriamiento o reposición de depurador; [00043] La Figura 5 es un diagrama de flujo que ilustra otra modalidad del método de tratamiento de aguas novedoso aquí descrito, que muestra el arreglo de equipo en donde es suficiente suavizado de zeolita de sodio para evaporación de alta eficiencia. El uso de un suavizante opcional de cal o cal/sosa para remoción de dureza, también se ilustra; y [00044] La Figura 6 es un diagrama de flujo que ilustra otra modalidad del novedoso método de tratamiento de aguas aquí descrito en donde la adición de ácido retira adecuadamente cualquier alcalinidad presente en la comente de alimentación y en donde la remoción de dureza, de estar presente, puede lograrse opcionalmente con ablandamiento de cal o cal/sosa. DESCRIPCIÓN DETALLADA [00045] Ya que muchas aplicaciones industríales de diversos tipos generan grandes cantidades de agua de desecho que se está volviendo cada vez más costosa y regulada, se ha vuelto conveniente el procesarla para reutilización interna y limitar o eliminar la descarga en servicios públicos. El estado de la técnica actual está limitado en que tanta agua puede recuperarse por iones que provocan Incrustación, tales como dureza y sílice, que son inherentes en estas corrientes de desecho. La adición de agentes de inhibición de incrustación costosos o métodos de control de incrustación son benéficos pero aún tienen sus límites de utilidad. Hemos diseñado un proceso novedoso para superar estas limitaciones y recuperar más del agua de desecho para reutilización que lo que se lograba previamente al proporcionar un ambiente libre de incrustación en el evaporador. Como se emplea aquí, el término "incrustación" se pretende que abarque no solo un revestimiento delgado, capa o incrustación (usualmente rica en sulfato o calcio) que se deposita en una superficie, sino también depósitos de partículas, depósitos biológicos o alguna combinación de los mismos. [00046] Atributos que caracterizan el diseño y operación del proceso de evaporador de alta eficiencia (HEEP = High Efficiency Evaporator Process) son: [00047] (1 ) Muy alta solubilidad de aniones ácidos débiles tales como sílice. [00048] (2) Factores de concentración alcanzable muy altos (recuperación — noventa y nueve por ciento (99%) o superior recuperación pueden lograrse). [00049] (3) Depósitos biológicos se eliminan esencialmente. [00050] (4) Depósitos de partículas se reducen substancialmente. [00051] (5) Substancialmente se reduce la frecuencia de limpieza. [00052] (6) Adición de inhibidores de incrustación se elimina virtualmente. [00053] (7) Se reduce potencial de corrosión. [00054] (8) Se logra superior flujo térmico. [00055] (9) Reducido costo de capital total, en comparación con sistemas de evaporación convencionales. [00056] (10) Reducido costo de operación total, en comparación con sistemas de evaporación convencionales.

[0057] El sistema de evaporación HEVAP es altamente específico de sitio. Etapas de proceso individuales se ajustan a la medida para el agua de alimentación específica en un sitio específico. Independientemente de la diferencia en el proceso de pre-tratamiento para diferentes sitios, un parámetro de proceso es común para todas las aplicaciones, es decir que el sistema evaporador se opera al pH de purga altamente factible y que la solución de circulación proporciona un ambiente libre de incrustación en la superficie de transferencia térmica.

[0058] A fin de operar un sistema evaporativo con un pH de al menos aproximadamente 9.0, de preferencia cuando menos aproximadamente 10.5, y más preferiblemente entre 11 y 12 o superior, varias condiciones de proceso deben satisfacerse a fin de eliminar efectivamente el potencial para formación de incrustaciones en la superficie de tratamiento térmico. Algunas de estas condiciones de proceso también son necesarias para operar un sistema evaporativo a muy altos factores de concentración. Estas condiciones de proceso son como sigue:

[0059] (1) La concentración de calcio, magnesio, estroncio y bario en la alimentación de evaporador debe estar substancialmente ausente, de preferencia cerca de cero y más preferiblemente esencialmente cero.

[0060] (2) Contenido de aluminio, hierro, manganeso y otro catión multivalente incluyendo especies ligadas orgánicamente, así como la presencia de partículas coloidales que contienen estos materiales, deberá estar substancialmente ausente y de preferencia cerca de cero.

[0061] (3) Aniones de amortiguado (específicamente especies bicarbonato o carbonato y/o fosfato) habrán de reducirse a un nivel tan bajo como pueda lograrse prácticamente.

[0062] (4) Gases disueltos y suspendidos tales como oxígeno, amoníaco y otros habrán de minimizar.

[0063] La selección de operaciones y puntos de control específicos para cumplir con los requerimientos de condición de proceso anteriores, se influencia por las características de cada agua de alimentación específica. El factor de concentración requerido (o deseado para una aplicación específica), también afecta a las operaciones y criterios de puntos de control por igual. La Figura 2 representa una secuencia de proceso de unidad evaporadora altamente efectiva.

[0064] La primera etapa es ajusfar la proporción de dureza-a-alcalinidad del agua de alimentación, si se requiere. El optimizar esta proporción, específicamente se realiza por adición de álcali, hace la remoción de dureza completa factible en un proceso de intercambio de iones catión ácido débil operado en la forma hidrógeno como se describe en la siguiente etapa de proceso.

[0065] La segunda etapa en el tren de proceso de evaporado r involucra la utilización de una resina catión ácido débil (WAC = Weak Acid Catión) por ejemplo DOWX.RTM.MAC-3 o LEWAPIT CNP-80, Amberlite.RTM. y TC.86). Operado ya sea en la forma hidrógeno o sodio, las resinas WAC retiran cationes multivalentes y en la forma hidrógeno retiran cualquier alcanilidad asociada con dureza.

[0066] La tercera etapa involucra ajuste de pH al agregar ácido al WAC. Se agrega ácido para destruir cualquier alcalinidad restante después de remoción de cationes multivalentes, si está presente cualquier alcalinidad.

[0067] En una cuarta etapa, el frente acidificado que virtualmente contiene 0 alcalinidad, luego se trata para remoción de bióxido de carbono. Esta remoción puede lograrse en cualquiera de desgasificadores de tipo diverso. La comente de agua de alimentación desgasificada con niveles de cationes multivalentes por debajo de los límites requeridos para operación libre de incrustación y esencialmente alcalinidad cero, luego se inyecta con un álcali soluble, de preferencia para ajustar pH a 9.0 o superior, más preferiblemente 10.5 o superior y más preferiblemente 11.0 o superior.

[0068] En otras modalidades en donde es de consideración amoníaco, se requiere una variación de las etapas. Se agrega álcali a la corriente de alimentación para disminuir solubilidad de amoníaco a pH elevado antes de retirarlo con un gas en un desgasificador. En aplicaciones en donde están presentes tanto alcalinidad como amoníaco, se requieren dos gasificadores, uno para retirar cualquiera gases tales como dióxido de carbono a bajo pH y uno para remoción de amoníaco a alto pH. En casos en donde no hay alcalinidad debido a un muy bajo pH en la corriente de alimentación, el amoníaco puede retirarse al inyectar álcali antes de un solo desgasificador después de reducir los cationes multivalentes a un nivel sin incrustación en la corriente de alimentación.

[0069] Aguas de alimentación utilizadas para producción de agua reutilizable, especialmente aquellas encontradas en el tratamiento de aguas de desecho incluyen la presencia de dióxido de silicio (también conocido como sílice o Si02) en una forma u otra, dependiendo del pH y las otras especies presentes en el agua. Para sistemas evaporadores, la formación de incrustaciones de la superficie de transferencia térmica con sílice, habrá de evitarse religiosamente. Esto es debido a que (a) la sílice forma una incrustación relativamente dura que reduce productividad del evaporador, (b) es usualmente bastante difícil de eliminar, (c) el proceso de remoción de incrustación produce cantidades indeseables de productos químicos de limpieza agotados, y (d) los ciclos de limpieza resultan en períodos fuera de línea indeseables e improductivos para el equipo. Por lo tanto, independientemente del nivel de sílice en agua de alimentación como materia prima de ingreso, la operación de procesos de evaporación convencionales, sin un proceso de fango sembrado con deposición preferencial, generalmente involucra una concentración de S¡02 en la corriente de alto contenido de sólidos a un nivel que no excede apreciablemente 150 ppm de S¡02 (como S¡02). Esto requiere que sistemas evaporadores se operen a factores de concentración reducidos (velocidades de recuperación) para evitar concentración de sílice en la corriente de purga que exceda los límites de solubilidad. Los sistemas de fango sembrados pueden llevarse a factores de concentración que sobrepasan la solubilidad de sílice pero se basan en procedimientos de administración de semillas y aún tienden a formar incrustación en el evaporador.

[0070] La incrustación debido a diversos compuestos formadores de incrustación, tales como sulfato de calcio, carbonato de calcio y semejantes, puede pronosticarse por aquellos con destreza ordinaria en la especialidad y a quienes se dirige esta especificación, por el uso del índice de Saturación Langelier (LSI = Langelier saturation index) o el índice STIFF-DAVIS (SDI = STIFF-DAVIS Index), u otros datos de solubilidad disponible. Parámetros de operación incluyendo temperatura, pH, destilado y gastos de flujo de purga deben tomarse en cuenta adecuadamente, así como las diversas especies de iones en el agua de alimentación como materia prima, y aquellas especies agregadas durante el pre-tratamiento. El manual de aguas NalCO (NalCO Water Handbook) derechos de autor 1979 por McGrawhill detalla el procedimiento para uso de los índices.

[0071] Con referencia a la Figura 2, la corriente de agua de desecho 20 de esta invención típicamente contendrá componentes solubles e insolubles, orgánicos e inorgánicos. Los componentes inorgánicos pueden ser sales tales como cloruro de sodio, sulfato de sodio, cloruro de calcio, carbonato de calcio, fosfato de calcio, cloruro de bario, sulfato de bario y otros compuestos semejantes.

Metales tales como cobre, níquel, plomo, zinc, arsénico, hierro, cobalto, cadmio, estroncio, magnesio, boro y semejantes también pueden ser incluidos. Cuando se trata una corriente de agua de desecho de una refinería de petróleo, componentes orgánicos estarán presentes y son típicamente hidrocarburos disueltos y emulsificados tales como benceno, tolueno, fenol y semejantes.

[0072] Se entiende comúnmente que la solubilidad de la sílice se incrementa con el aumento de pH, y que la sílice es bastante soluble en solución acuosa de alto contenido de pH. Junto con la solubilidad, el grado de ionización de sílice también incrementa al aumentar el pH. Mientras que el incremento en solubilidad de sílice no es directamente proporcional al grado de ionización, la velocidad de incremento en solubilidad de sílice es básicamente proporcional a la velocidad de cambio en ionización conforme la ionización incrementada resulta en el ión silicato soluble que es la especie dominante. Esta discrepancia entre solubilidad e ionización se explica por el hecho de que incluso sílice no disociada exhibe algo de solubilidad en solución acuosa, típico hasta aproximadamente ciento veinte (120) ppm a ciento sesenta (160) ppm, dependiendo de la temperatura y otros factores. En comparación, se ha demostrado que la solubilidad en sílice a pH 10.5 excede mil quinientos (1500) ppm a temperatura ambiente; sílice es cada vez más soluble conforme se incrementa la temperatura y/o pH.

[0073] La sílice se ioniza muy débilmente cuando está en soluciones acuosas, neutras o casi neutras, y en general se considera que existe como ácido silícico no disociado (meta-orto) (H4Si04) en la mayoría de aguas de origen natural con un pH de hasta aproximadamente 8. El valor de constante de disociación (pKa) para la primera etapa de disociación de sílice se ha reportado de aproximadamente 9.7, lo que indica que sílice es aproximadamente cincuenta por ciento (50%) ionizada a un pH de 9.7; el otro cincuenta por ciento (50%) permanece como ácido silícico no disociado (orto) a ese pH. Una representación gráfica de la relación entre pH y la ionización del sílice en por ciento se ilustra en la Figura 1. Claramente, sería ventajoso si se desea ionización de sílice, operar a un pH que excede 10 y más preferiblemente que excede 11 y todavía más preferible en exceso de 12 en donde toda la molécula de sílice está presente como ión silicato soluble.

[0074] Por lo tanto, el aumentar el pH de la operación del evaporador de esta manera proporciona el mayor beneficio de solubilidad de sílice incrementada. Para lograr máximo beneficio de la ionización de sílice a alto pH, el sistema evaporador deberá ser operado a un pH tan alto como sea posible. De preferencia, el sistema evaporador se opera a un pH de aproximadamente 10.5 o superior y más preferiblemente a un pH de 11 o superior. Esto contrasta con la práctica de operación típica de evaporador, en donde el pH de operación se ha mantenido a menos que 9 a fin de evitar formación de incrustación, particularmente incrustaciones de sílice y carbonato.

[0075] Con referencia a la Figura 2, una modalidad de este proceso para operación de equipo de evaporación se ilustra. En este método, agua como materia prima 20 primero se trata en una unidad de intercambio de iones de catión ácido débil (WAC) 22, en donde se retiran simultáneamente dureza y alcalinidad de bicarbonato. Para aquellos casos en donde la dureza de agua, materia prima 20 es mayor que la alcalinidad, la operación de la unidad de intercambio de iones catión ácido débil 22 debe facilitarse por adición de una fuente de alcalinidad 21 tal como por adición de una solución acuosa de carbonato de sodio (Na2C03). De preferencia, la unidad WAC 22 se opera en la forma hidrógeno para facilidad de operación y regeneración. Sin embargo, también trabajará en la forma de sodio, seguido por adición de ácido. En cualquier caso, en el caso recién mencionado y de otra forma opcionalmente cuando sea apropiado, el ácido 23 se agrega al efluente 22 desde la o las unidades WAC 22 para mejorar la descripción del carbonato. Se agrega suficiente ácido para reducir el pH en donde carbonatas ligados se convierten a un gas dióxido de carbono libre. Luego, el dióxido de carbono 32 que se ha creado en el WAC (y/o por adición de ácido) se retira, junto con otros gases no condensables tales como oxígeno y nitrógeno, de preferencia en una presión atmosférica o desgasificador instantáneo/vacío 30. Finalmente, un álcali 31 (base) se agrega, de preferencia por inyección bombeada de solución liquida, para incrementar el pH del agua de alimentación 34 a un nivel selecto. Cualquiera de una variedad de productos de base convenientemente disponibles y efectivos en costo podrá emplearse, siempre que no se introduzca tendencia a incrustación apreciable. Además del uso de hidróxido de sodio común, otros productos químicos tales como carbonato de sodio, hidróxido de potasio o carbonato de potasio, pueden seleccionarse. De hecho, en ciertos casos, una base orgánica tal como un compuesto tipo piridina puede emplearse efectivamente para llevar a cabo este proceso.

[0076] El pH del agua de alimentación se aumenta a un pH selecto de al menos aproximadamente 9.0, o hasta aproximadamente 10, o de preferencia a un intervalo entre 10 y 11 , o de otra forma en el exceso de 11 , y más preferiblemente a 12 o más y en particular a 13 o más.

[0077] Las resinas de intercambio de iones catión ácido débil ("WAC") utilizadas en la primer etapa de la modalidad preferida del método aquí definido, como se ilustra en la Figura 2, son bastante eficientes en la remoción de dureza asociada con alcalinidad. Esta reacción procede como sigue:

[0078] Ca" + 2RCOOH -> (RCOO)2Ca + 2H+

[0079] Luego, el hidrógeno se combina con el bicarbonato para formar ácido carbónico, que cuando se despresuriza forma agua y dióxido de carbono como sigue:

[0080] H+ + HC03" -> H2CO3 -> H20 + C02

[0081] La regeneración de la resina se logra por el uso de ácido convenientemente disponible y efectivo en costo. Es bien conocido por aquellos con destreza en la especialidad que la regeneración de resinas de intercambio de iones WAC puede avanzar en forma bastante eficiente a niveles casi estequiomé trieos (en general no mayor que aproximadamente ciento veinte por ciento (120%) de los niveles ideales). De preferencia, puede emplearse ácido clorhídrico, ya que en estos casos se producirá cloruro de calcio altamente soluble, y el proceso de regeneración no presentará el riesgo potencial de formación de precipitados de sulfato de sodio, tal como sulfato de calcio, incluso con ácidos de alta concentración. Sin embargo, por el uso de un procedimiento de regeneración escalonado, es decir al utilizar un ácido de baja concentración seguido por un ácido de superior concentración, es posible utilizar en forma confiable otros ácidos incluyendo ácido sulfúrico (H2S04) mientras que aún se evitan precipitados indeseables en la resina. De esta manera se solubilizan los iones de dureza para formar sales solubles, que se eluyen del lecho de resina y típicamente se descargan al alcantarillado.

[0082] Otros cationes polivalentes, más comúnmente hierro (Fe++/Fe+++), magnesio (Mg++), bario (Ba*+), estroncio (Sr++), aluminio (Al+++) y manganeso (Mn++/Mn++++), también se retiran por la resina WAC. Ya que la presencia incluso de muy pequeñas cantidades de dureza u otras especies de solubilidad decreciente a creciente pH resultará en precipitación de sales escasamente solubles bajo las condiciones de proceso presentes en nuestro proceso, se debe tener cuidado en limitar precipitación en la superficie de transferencia térmica de los substratos tales como carbonato de calcio, hidróxido de calcio, hidróxido de magnesio y silicato de magnesio. Una precaución que deberá observarse es que tanto la dureza como formas no hidróxido de alcalinidad deberán ser reducidas agresivamente en el agua de alimentación antes de ajuste de pH ascendente a condiciones de operación de evaporador selectas. Una vez que los cationes multivalentes y las formas no hidróxido de alcalinidad se han retirado, entonces el incremento de pH deseado puede lograrse con cualquier fuente de álcali conveniente, tal como álcali sodio o potasio. Una vez que este pre-tratamiento se ha logrado completamente, entonces un sistema evaporador puede operarse en forma segura a muy altos niveles de pH, a fin de aprovechar la solubilidad en sílice anteriormente mencionada.

[0083] El agua de alimentación tratada y acondicionada 34 se dirige al evaporador 40 en donde se mezcla con y diluye la corriente de alto contenido de sodio y concentrada 43. Esta corriente se recircula con la bomba 42 y una pequeña porción se retira como purga de evaporador 47 en cada paso a través del evaporador 40. En el evaporador 40, los solutos en el agua de alimentación 34 se concentran al retirar agua de la solución de recirculación diluida 43 conforme pasa sobre la superficie de termotransferencia. Como se ilustra en la Figura 2, el evaporador utiliza evaporación de película delgada descendente en donde la corriente de recirculación 43 se dispersa delgada a través de la superficie interior de una pluralidad de tubos de transferencia térmica. Una pequeña porción del agua que se retira de la corriente de recirculación delgada en la forma de vapor 45 desplazado por vapor comprimido calentado 48 que se condensa en el exterior de los tubos de transferencia térmica. El agua que se ha retirado en la forma de vapor 45 se comprime a través del compresor 46 y el vapor comprimido 48 se condensa en la superficie exterior de los tubos de termotransferencia para generar más vapor 45 y manteniendo el proceso de evaporación. El vapor de condensación 48 se conoce como destilado a condensado, como se conoce por aquellos con destreza en la especialidad de la evaporación, y contiene un bajo nivel de solutos no volátiles, típicamente en algunas modalidades menos de 10 partes por millón (ppm). Habrá de notarse que el uso de un diseño de evaporador de película descendente tubular 40 se proporciona solo para propósitos de permitir al lector comprender el proceso de evaporación y no se pretende que limite el proceso al uso del mismo. Aquellos familiares con la técnica reconocerán que otros diseños tales como por ejemplo un evaporador de película ascendente o un evaporador de circulación forzada o un evaporador de estilo placa pueden utilizarse en forma alterna cuando los beneficios y/o desventajas acompañantes que pueden ser inherentes en los husillos altemos.

[0084] El vapor de condensación 48 desciende por gravedad al fondo de la superficie de transferencia térmica tubular y se recolecta como corriente de destilado 44. Una pequeña porción del destilado 44 puede enviarse al desgasificador previamente discutido 30 por la línea 100 para utilizar en transferencia de masa, es decir agregar calor a la corriente de agua de alimentación 27 para retirar gases no condensables tales como dióxido de carbono 32. Sin embargo, el volumen del destilado 44 se dirige al punto terminal del evaporador en donde está disponible para utilizar en cualquier proceso que requiere agua de alta calidad como una corriente de reposición. Usos típicos, pero no limitantes incluyen aquellos mostrados en la modalidad de la Figura 4 del proceso de evaporación de alta eficiencia en donde el destilado puede utilizarse como reposición a una torre de enfriamiento o de evaporador. Otros usos incluirán calderas de baja presión y en el campo de recuperación de hidrocarburos (agua producida) como agua de alimentación a un generador de vapor de un paso (OTSG = Once through steam generador) que genera vapor para inyección en formaciones que contienen petróleo.

[0085] Aunque el destilado que contiene bajo contenido de soluto 44 producido por el evaporador es agua relativamente pura, hay instancias en donde se requiere una pureza superior. La Figura 3 ilustra una modalidad en donde varías opciones diferentes se ilustran para obtener diferentes niveles de alta pureza. En la mayoría de los casos, los solutos residuales en la corriente destilada 44 involucran sales diferentes a dureza. En una modalidad, el destilado 44 se pasa a través de un sistema de intercambio de iones cationes 70 seguido por un sistema de intercambio de iones aniones 72 y luego pule en un sistema de intercambio de iones de lecho mixto 76 para producir un agua de muy alta pureza. La inclusión de todos los tres sistemas de intercambio de iones es para ilustración solamente y aquellos con destreza ordinaria en la técnica de intercambio de iones y a las cuales se dirige esta descripción, reconocerán que solo aquellos sistemas de intercambio de iones necesarios para satisfacer los requerimientos de pureza se utilizarán. En cualquier evento, los sistemas de intercambio de iones requerirán productos químicos regenerantes y que resulten en una corriente de desecho de regeneración 73 que pueda dirigirse a la entrada del desgasificador 30 para mayor tratamiento en el evaporador 40. En una modalidad alterna, la producción de solutos residuales en la corriente de destilado 44 puede lograrse al pasar la corriente a través de una unidad de electrodesionización (EDI = Electrodeionization) 80. El rechazado de EDI también es capaz de reciclarse al evaporador al dirigirlo a la entrada del desgasificador 30.

[0086] El impacto de muy bajo nivel de sílice, etc., en el destilado relativamente puro 44 que se obtiene por evaporación en el comportamiento/operación de un sistema de intercambio de iones o evaporador es extremadamente significante. Ya que la basta mayoría de intercambio de iones post-evaporador se regenera en base ya sea sílice o boro, un factor de 10 de reducción en el contenido efluente de sílice/boro proporcionará tiempos de operación mucho más largos entre regeneraciones. La ausencia de dióxido de carbono, así como bicarbonato en el destilado 44 (debido a un alto pH, típicamente a menos de 10, también incrementará el tiempo en línea antes de que la fuga de sílice/boro exceda los valores umbral normales. La reducción de concentraciones de especies fuertemente ionizadas en el destilado 44 es de significancia relativamente menor, ya que el intercambio de iones post-evaporador finalmente está limitado por sílice o boro.

[0087] La combinación recién descrita de etapas de tratamiento cuando se combinan con el proceso novedoso descrito con anterioridad produce un agua con calidad suficiente y en cantidad económica, sea utilizada con alta presión y calderas empacadas. Usuarios típicos serán la industria de generación de energía y operaciones de recuperación de hidrocarburos en donde se utiliza vapor con 100% de calidad para aplicaciones de inundación con vapor.

[0088] La purga de evaporador 46 que contiene los solutos concentrados originalmente presentes en el agua de alimentación 34 junto con cualesquiera productos químicos empleados para elevar el pH y/o regenerar sistemas de post-intercambio de iones, puede ser descartada por el enfoque estándar empleado en sitios individuales. Esto incluye retención-en-sitio en albercas de evaporación de desechos, embarque en camiones a un sitio de eliminación o inyección en pozos profundos.

[0089] En forma alterna, la corriente de purga 47 puede ser dirigida a un cristalizador 55 que además procesa la corriente concentrada para recuperar destilado de bajo contenido de soluto 53 y una corriente de alto contenido de sólidos suspendidos 60. La corriente destilada 53 luego se combina con la corriente destilada de evaporador de película descendente 44 para efectuar recuperación incrementada de la corriente de alimentación de evaporador 34. La corriente que tiene alto contenido de sólido suspendido 60 luego puede dirigirse a un dispositivo de deshidratación 150, típicamente un filtro de banda pero en forma alterna un un filtro prensa o incluso un secador de rocío. El producto final es un sólido seco que es adecuado para relleno sanitario o posiblemente incluso reutilizado dentro del proceso de origen. Los dos métodos de filtro diferentes generan una corriente de alto soluto, bajo sólidos suspendidos 52 que se dirige de regreso al cristalizador 55 para mayor procesamiento.

[0090] En otras modalidades, y como se ajusta para satisfacer las necesidades particulares de una química de agua como materia prima selecta, diversas formas de remoción de dureza pueden utilizarse, incluyendo Intercambio de cationes ácido fuerte en forma de sodio 65, seguido por acidificación (ver Figura 5) o incluso el uso de un ablandador de cal 82 (o cal/sosa similar) como una etapa de pre-tratamiento adicional ya sea al intercambio de cationes ácido fuerte de forma sodio 65 o intercambio de cationes de ácido débil 22 (ver Figuras 2 y 5). La inyección directa de cal y carbonato de sodio en la corriente de alimentación también puede utilizarse y el precipitado resultante filtrarse en un proceso de separación de membrana, tal como ultrafiltración, como un substituto para el suavizante de cal/cal sosa 82.

[0091] Para aguas particularmente blandas, el suavizante de cal o cal/sosa 82 puede ser totalmente inapropiado y este método puede proceder sin ablandamiento del agua materia prima, y solo una alimentación de ácido simple 24 ante de desgasificar, como puede verse en la Figura 6. Por otra parte, cuando es apropiado el ablandamiento, algunas aguas de alimentación materia prima pueden tratarse apropiadamente para reducciones en dureza y alcalinidad a una medida deseada por el suavizante 82.

[0092] Todavía en algunas modalidades y para una agua de alimentación selecta, el uso de membranas de suavizado para remoción parcial de dureza pueden incorporarse en el proceso como un reemplazo para zeolita de sodio 65 o suavizado de catión ácido débil 22.

[0093] En casos en donde la composición de agua materia prima es tal que el ablandamiento de zeolita de sodio es ventajoso, como se ilustra en la Figura 5, la eliminación de dureza de calcio procede como sigue:

[0094] Ca+2+ Na2X -> CaX + 2Na+

[0095] Luego, la alcalinidad de bicarbonato se convierte en dióxido de carbono, con un ácido selecto en una forma similar a la siguiente:

[0096] NaHC03 + HCI -> NaCI + H20 + C02

[0097] Para aquellas aguas en donde el ablandamiento con cal puede ser un método aceptable preferido para dureza inicial y reducción de alcalinidad, la adición de cal al agua reduce la dureza de calcio y magnesio y alcalinidad de bicarbonato asociado como sigue:

[0098] Ca(HC03)2 + Ca(OH)2 -> 2CaC03 1 + 2H20 [00099] Mg(HC03)2 + 2Ca(OH)2 — Mg(OH)2l + 2CaC03 + 2H20 [00100] Independientemente de la configuración de equipo selecta para el tratamiento de una química de agua materia prima particular, los parámetros de proceso clave son (a) retirar aquellos cationes que, en combinación con otras especies presentes a alto pH tenderán a precipitar sales escasamente solubles en las superficies de transferencia térmica y (b) eliminar alcalinidad no hidróxido en la extensión máxima factible, para proteger adicionalmente contra precipitación de incrustaciones en las superficies de transferencia térmica cuando se opera a un pH elevado. [00101] La Figura 10 ilustra el uso de nuestro método novedoso de operación del sistema evaporador para aguas de reposición de torre de enfriamiento o para aguas de reposición de depurador. La unidad evaporadora 40 y diversos equipos de p re-trata miento se operan de acuerdo con los métodos establecidos previamente para producir un destilado de alta calidad 44. Aunque la torre de enfriamiento 95 y el depurador 90 pueden alimentarse con el destilado 44, más típicamente, la torre de enfriamiento 95 y el depurador 90 por ejemplo en una planta de energía eléctrica-vapor será abastecida por suministros de agua materia prima usuales 20 tales como agua municipal o de pozo. Por lo tanto, purga de torre de enfriamiento 96 y purga de depurador 91 típicamente tienen altos valores tanto de dureza como alcalinidad. Igualmente, este sistema puede emplearse para tratar agua que tenga contacto íntimo con cenizas, tal como agua de estanque de cenizas o agua de esclusas de cenizas de plantas de energía eléctrica-vapor operadas con carbón. En nuestro proceso de evaporación, una cantidad significante de agua reutitizable puede obtenerse usualmente por nuestro método de pre-tratamiento y operación de evaporación, a diferencia del caso con sistemas evaporativos convencionales. [00102] Otra ventaja, ya que un sistema evaporador cuando se opera como se describe aquí no estará sujeto a condiciones de incrustación o depósitos, las aguas de desecho de refinerías, operaciones de recuperación de hidrocarburos, operaciones de pulpado y elaboración de papel, sistemas de concentración de membrana y plantas de tratamiento de aguas residuales o alcantarillado municipales, son candidatos como proveedores de agua materia prima 20. Usos industriales típicos en donde el agua de calidad suficiente puede lograrse cuando se tratan aguas de desecho, incluyen torres de enfriamiento, reposición de calderas, reposición de depurador y semejantes. [00103] Beneficios de diseño de operación del proceso de evaporación HEVAP. [00104] Muchos beneficios de proceso ejemplares deseables que se proporcionan por el diseño y operación de proceso de sistema de evaporación HEVAP se citaron anteriormente. Una explicación detallada de estos beneficios incluye: [00105] (A) Alta solubilidad de sílice. [00106] Se ha documentado por otros que la solubilidad de sílice en agua a 25°C, se aproxima a 6000 miligramos por litro (mg/l) a un pH de 11 y a un pH de 12, la solubilidad se aproxima a 60,000 mg/l cuando está en equilibrio con sílice amorfa. También se ha documentado que la solubilidad de sílice en agua aumenta con un incremento en temperatura lo que lleva a la conclusión de que la operación del evaporador a temperaturas que exceden de 100 °C a un pH elevado y niveles de sílice de hasta 6000 mg/l, es factible. Sin embargo, esto es solo posible si especies que precipitan tales como calcio y magnesio y semejantes se han retirado de la corriente de alimentación, de manera tal que no puedan estimular la polimerización de sílice y subsecuente incrustación en la superficie de transferencia térmica. El proceso novedoso aquí descrito en donde se practica un enfoque agresivo a remoción de alcalinidad y cationes multiva lentes, permite operación a niveles muy superiores de concentración de sílice que lo que fuera previamente posible en evaporadores normales. Ya que el alto pH utilizado por este proceso novedoso asegura solubilidad incrementada de sílice, puede seleccionarse un factor de concentración (es decir proporción de gasto de alimentación 34 a proporción de purga 47) para el evaporador 40, de manera tal que no se exceda la solubilidad del sílice. [00107] (B) Altas Proporciones de Recuperación. [00108] Ya que iones multivalentes tales como calcio, magnesio, bario, estroncio, aluminio, hierro, manganeso etc., se han retirado antes de concentración en el evaporador, no ocurre precipitación indeseable de especies tales como carbonato de calcio, fluoruro de calcio, sulfato de calcio, sulfato de bario, hidróxido de magnesio, silicato de aluminio/magnesio, etc., en el proceso de evaporador de alta eficiencia y de esta manera ese tipo de precipitación no limita más la recuperación alcanza ble por un sistema evaporador. De manera importante, la solubilidad de sílice se incrementa dramáticamente en el evaporador de marca de alta eficiencia normal que opera a pH (de preferencia a aproximadamente 11 o superior). Ya que la sílice usualmente representa el último criterio limitante, en términos de máxima concentración permisible en un sistema evaporador, una solubilidad de sílice incrementada junto con ausencia esencialmente total de especies tales como calcio, bario, etc., en la alimentación de evaporador, permitirá la evaporación del evaporador a muy altas proporciones de recuperación (98 a mayor que 99 por ciento) con la vasta mayoría de aguas de alimentación. [00109] (C) Depósitos Biológicos Eliminados. [00110] La mayoría de las especies microbianas que ocurren comúnmente se lisan completamente (destruyen físicamente por ruptura de pared) al alto pH operativo. De hecho, incluso virus, esporas y endotoxinas son destruidas o se incapacitan para reproducción/proliferación a muy altos niveles de pH. Saponificación de líquidos (grasas) se espera que juegue un papel en el proceso así como ya que los ácidos grasos y sus glicéridos correspondientes formarán "jabones" solubles al alto pH operativo. Esta característica del nuevo proceso puede ser de beneficio significante para sitios con problemas de bio-depósitos conocidos o para el tratamiento de aguas de desecho bio-contaminadas/bio-activas. [00111] (D) Frecuencia de Limpieza Reducida. [00112] El proceso HEVAP, que utiliza remoción agresiva de cationes multivalentes y alcalinidad junto con un alto pH en el evaporador, alarga el tiempo entre interrupciones para limpiar el equipo, típicamente, dos semanas por año se utilizan para limpiar las superficies de transferencia térmica y colectores abriéndolos para permitir acceso a procesos de hidro-ráfaga de alta presión para retirar material de incrustación a granel. Esto luego es seguido por lavados consumidores de tiempo con productos químicos de propiedad costosos, para retirar cualquier incrustación que no se retiró por hidro-ráfaga. [00113] En contraste, el proceso HEVAP, a retirar esencialmente todos los iones de solubilidad mínimos y alcalinidad, incurre solo en mínima incrustación debido a pequeña fuga de los suavizantes empleados. El resultado de esto es que los intervalos de limpieza pueden extenderse y que pueden ser logrados en forma simple y efectiva por productos químicos de limpieza con artículos de consumo, tales como soluciones de ácido clorhídrico, EDTA tetra sodio e hidróxido de sodio. No se requieren agentes de limpieza químicos de propiedad costosos. Las incrustaciones que pueden ocurrir serían predominantemente carbonato de calcio, hidróxido de magnesio, silicato de magnesio y semejantes, todas las cuales puedan retirarse con un simple lavado de ácido. [00114] La disponibilidad incrementada del sistema, con mínima incrustación y virtualmente bio-depósitos no existentes, es claramente otro beneficio importante de este método de operación novedoso. [00115] (E) Inhibidores de Incrustación. [00116] El uso de anti incrustantes, dispersantes de incrustación, inhibidores de incrustación o métodos de control de incrustación, mientras que no son nocivos o incompatibles con el nuevo proceso, pueden ser minimizados, si no se eliminan por completo, debido a la remoción agresiva de cationes multivalentes junto virtualmente con toda la alcalinidad non-hidróxido como se practica o el proceso de pre-tratamiento HEVAP. [00117] (F) Superiores Flujos. [00118] Los evaporadores del estado actual de la técnica están limitados por el flujo térmico (flujo) debido a la presencia de iones que provocan incrustación de baja solubilidad tales como, carbonato de calcio, sulfato de calcio, sílice y semejantes. Un superior flujo puede incorporarse en el diseño del evaporador, cuando estos iones están ausentes en la corriente de alimentación y eso es lo que se logra con el proceso aquí descrito. [00119] (G) Costo de Capital Reducido. [00120] EL potencial de corrosión reducido que resulta de operar el evaporador con un alto pH en la solución de circulación concentrada permite el uso de materiales de menor costo para tubos o placas de transferencia térmica y otras superficies humectadas que se contactan por la solución concentrada, tales como paredes de colector. Esto es una ventaja importante ya que los costos de estos materiales tienen impacto sustancial en el costo de capital de un evaporador. En la mayoría de los casos, el uso de acero inoxidable tipo dúplex y AL6XN (molibdeno 6 por ciento mínimo) que normalmente se emplea en soluciones de sal de alto contenido de cloro, pueden ser eliminados a favor de un acero inoxidable de menor grado tal como 316. [00121] (H) Operación de Costo Reducido. [00122] Los costos de operación de plantas de agua pueden reducirse debido a minimización o eliminación de anti-incrustantes y/o dispersantes de propiedad costosos. Ahorros adicionales pueden encontrarse al eliminar la necesidad por operación de fango sembrado en instalaciones en donde los iones multivalentes están a un bajo nivel en la corriente de alimentación pero están acompañados por altos niveles de sílice. Junto con el costo de sembrar el evaporador con cristales de sulfato de calcio, también se incurren costos asociados con productos químicos inyectados de sulfato de sodio y/o cloruro de calcio para proporcionar suficientes iones de precipitación, para mantener la cama de siembra en muchas instalaciones. Adicionales ahorros pueden lograrse por la reducción en frecuencia de las operaciones de limpieza, productos químicos de limpieza menos costosos, menor tiempo no operativo para limpieza y sin requerimiento por operaciones de limpieza típicas costosas. Aún más, si la operación ZLD se incorpora, el costo de enviar la purga a una compañía de servicios públicos se elimina. [00123] De esta manera se verá que los objetivos establecidos anteriormente, incluyendo aquellos hechos aparentes de la descripción precedente, se alcanzan en forma eficiente y ya que ciertos cambios pueden realizarse para llevar a cabo el método anterior y en construcción de un aparato conveniente en donde se practica el método y en donde se produce el producto deseado como se establece aquí, habrá de entenderse que la invención puede incorporarse en otras formas específicas sin apartarse del espíritu o características esenciales de la misma. Por ejemplo, mientras que hemos establecido un diseño ejemplar para remoción de alcalinidad y dureza simultáneas, otras modalidades son también factibles para alcanzar el resultado de los principios del método aquí descrito. Por lo tanto, se entenderá que la descripción anterior de modalidades representativas de la invención se ha presentado solo para propósitos de ilustración y para proporcionar una comprensión de la invención, y no se pretende que sea exhaustiva o restrictiva o que limite la invención a las formas precisas descritas. Por el contrario, la intensión es cubrir todas las modificaciones equivalentes y alternativas que caen dentro del espíritu y alcance de la invención como se expresa en las reivindicaciones anexas. Como tal, se pretende que las reivindicaciones cubran los métodos y estructuras aquí descritas y no solo los equivalentes o sus equivalentes estructurales, sino también estructuras o métodos equivalentes. De esta manera, el alcance de la invención como se indica por las reivindicaciones anexas se pretende que incluya variaciones de las modalidades que se proporcionan que sin embargo se describen por el amplio significado e intervalo adecuadamente logrados por el lenguaje de las reivindicaciones, o sus equivalentes.

Claims (1)

1. 37 REIVINDICACIONES 1. Un proceso para el tratamiento de una corriente de alimentación acuosa en equipo de transferencia térmica, el equipo de transferencia térmica comprende cuando menos un evaporador con al menos una superficie de transferencia térmica, para producir una corriente de destilado que contiene bajo soluto y una corriente de purga que contiene alto contenido de soluto/sólidos, en donde la corriente de alimentación tiene tendencia mínima para incrustar la superficie de termotransferencia, el proceso se caracteriza porque comprende: (a) proporcionar una corriente de agua de alimentación que contiene especies orgánicas y orgánicas insolubles, las especies comprenden: (II) cationes de metales multivalentes, (III) alcalinidad, (IV) cuando menos una especie molecular que está a bajos niveles de ionización cuando está en solución a un pH alrededor del neutro; (b) retirar una porción o sustancialmente todo los cationes de metal multivalentes de la corriente de alimentación y (c) reducir la tendencia del agua de alimentación para formar incrustación en la superficie de transferencia térmica, cuando el agua de alimentación se concentra a un factor de concentración selecto a un pH selecto, al efectuar en cualquier orden, uno o más de los siguientes; (I) retirar sustancialmente toda la alcalinidad de la corriente de agua de alimentación; (II) retirar el gas disuelto de la corriente de agua de alimentación; (III) elevar el pH de la corriente de agua de alimentación a cuando menos aproximadamente 9 o superior; (d) pasar el producto de la etapa (c) al equipo de transferencia térmica, en donde el equipo de transferencia térmica: (I) mantiene una pluralidad de superficies de termotransferencia, (II) contiene una solución de alto contenido de sólidos en circulación, y (III) en donde el pH de la solución en circulación se mantiene a cuando 38 menos aproximadamente 9 o superior, (e) para concentrar el agua de alimentación al factor de concentración selecto, para producir: (I) una corriente de purga que tiene alto contenido de soluto/sólidos, y (II) una comente de destilado que contiene bajo contenido de soluto. 2. El proceso de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado porque la etapa de retirar los cationes multivalentes incluye retirar sustancialmente toda la alcalinidad asociada con dureza y se logra en una sola operación unitaria. 3. El proceso de conformidad con la reivindicación 2, caracterizado porque la sola operación unitaria comprende un sistema de intercambio de iones cationes ácido débil operado en una forma de hidrógeno. 4. El proceso de conformidad con la reivindicación 1 (b), caracterizado porque la etapa de la remoción de cationes multivalentes se logra en un sistema de intercambio de iones cationes de ácido débil que se opera en una forma sodio. 5. El proceso de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado porque además comprende la etapa de agregar ácido antes de la etapa de retirar el gas disuelto, para efectuar conversión de alcalinidad a dióxido de carbono. 6. El proceso de conformidad con la reivindicación 3, caracterizado porque la corriente de agua de alimentación contiene más cationes multivalentes que alcalinidad y además comprende, antes de alimentar el agua de alimentación al sistema de intercambio de cationes de ácido débil, la etapa de ajusta r la proporción de cationes multivalentes a alcalinidad al agregar una base al agua de alimentación, para elevar la alcalinidad del agua de alimentación. 39 7. El proceso de conformidad con la reivindicación 3, caracterizado porque la corriente de agua de alimentación contiene más alcalinidad que cationes multivalentes, y además comprende antes de alimentar el agua de alimentación al sistema de intercambio de catión ácido débil, la etapa de adición de ácido al agua de alimentación, a fin de retirar la alcalinidad en exceso en el agua de alimentación. 8. El proceso de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado porque la etapa de remoción de cationes multivalentes se logra al pasar el agua de alimentación a través de un sistema de intercambio de iones cationes ácido fuerte forma sodio. 9. El proceso de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado porque en la etapa (c) el pH se eleva entre 10 y 1 1. 10. El proceso de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado porque la etapa (c) el pH se eleva entre 9 y 10. 1 1. El proceso de conformidad con la reivindicación 10, caracterizado porque las especies ionizadas escasamente cuando están en solución acuosa de pH neutro o casi neutro, comprende un ácido débil con un pKa-¡ de aproximadamente 7.5 o superior. 12. El proceso de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado porque en la etapa (c) el pH se eleva entre 1 1 y 12. 13. El proceso de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado porque en la etapa (c) el pH se eleva entre 12 y 13. 14. El proceso de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado porque la etapa (c) el pH se eleva a más que o al menos aproximadamente 13. 40 15. El proceso de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado porque las especies baja ionizadas cuando están en corriente de alimentación acuosa a pH neutro o casi neutro comprenden sílice (Si02). 16. El proceso de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado porque las especies bajas ionizadas cuando están en corriente de alimentación acuosa a pH neutro o casi neutro comprenden ácido meta/orto silícico (H4Si04). 17. El proceso de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado porque las especies bajas ionizadas cuando están en una corriente de alimentación acuosa a pH neutro o casi neutro comprenden una especie de carbón orgánico ionizable. 18. El proceso de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado porque las especies bajas ionizadas cuando están en una corriente de alimentación acuosa a pH neutro o casi neutro comprenden boro o sus derivados. 19. El proceso de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado porque la etapa de remoción de cationes multivalentes se logra al agregar un álcali para elevar simultáneamente el pH mientras que se precipita la dureza de la corriente de agua de alimentación. 20. El proceso de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado porque además comprende la etapa de agregar cáustico antes de la etapa de retirar gas disuelto para efectuar la remoción de gases tales como amoníaco. 21. El proceso de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado porque la especie molecular como mínimo que está a bajos niveles de 41 ionización cuando está en solución a un pH casi neutro comprende sílice, y en donde la corriente de purga contiene sílice hasta aproximadamente 160 ppm. 22. El proceso de conformidad con la reivindicación 21 , caracterizado porque la sílice esta presente en la corriente de purga hasta aproximadamente 2500 ppm. 23. El proceso de conformidad con la reivindicación 21 , caracterizado porque la sílice esta presente en la corriente de purga hasta aproximadamente 5000 ppm. 24. El proceso de conformidad con la reivindicación 21 , caracterizado porque la sílice esta presente en la comente de purga hasta aproximadamente 7500 ppm. 25. El proceso de conformidad con la reivindicación 21, caracterizado porque la sílice esta presente en la corriente de purga hasta aproximadamente 10,000 ppm. 26. El proceso de conformidad con la reivindicación 21, caracterizado porque la sílice esta presente en la corriente de purga hasta aproximadamente 20,000 ppm. 27. El proceso de conformidad con la reivindicación 21 , caracterizado porque la sílice esta presente en la corriente de purga hasta aproximadamente 50,000 ppm. 28. El proceso de conformidad con la reivindicación 21 , caracterizado porque la sílice esta presente en la corriente de purga hasta aproximadamente 75,000 ppm. 42 29. El proceso de conformidad con la reivindicación 21 , caracterizado porque la sílice esta presente en la corriente de purga hasta aproximadamente 100,000 ppm. 30. El proceso de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado porque la corriente de agua de alimentación comprende sílice y en donde el equipo de transferencia térmica se opera sin limitación de la concentración de sílice presente en la corriente de purga. 31. El proceso de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado porque la proporción de la cantidad de la corriente destilada producida a la cantidad de la corriente de agua de alimentación proporcionada es mayor que aproximadamente 50%. 32. El proceso de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado porque la proporción de la cantidad de la corriente destilada producida a la cantidad de la corriente de agua de alimentación proporcionada es mayor que aproximadamente 85%. 33. El proceso de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado porque la proporción de la cantidad de la corriente destilada producida a la cantidad de la corriente de agua de alimentación proporcionada es mayor que aproximadamente 95%. 34. El proceso de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado porque la proporción de la cantidad de la corriente destilada producida a la cantidad de la corriente de agua de alimentación proporcionada es mayor que aproximadamente 99%. 35. El proceso de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado porque el equipo de transferencia térmica comprende equipo de 43 evaporación de película delgada descendente, que opera como una sola unidad, u opera en serie, u opera en paralelo para generar la corriente destilada y la corriente purga. 36. El proceso de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado porque el equipo de transferencia térmica comprende equipo de evaporación de circulación forzada que opera como una sola unidad u opera en paralelo para generar la corriente destilada y una corriente de purga de alto contenido de sólidos. 37. El proceso de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado porque el equipo de transferencia térmica comprende equipo de evaporación de circulación natural que opera como una sola unidad u opera en paralelo para generar la corriente destilada a una corriente de purga de alto contenido de sólidos. 38. El proceso de conformidad con la reivindicación 35 o 36 o 37, caracterizado porque las superficies de transferencia térmica son tubulares. 39. El proceso de conformidad con la reivindicación 35 o 36 o 37, caracterizado porque las superficies de transferencia térmica son placas. 40. El proceso de conformidad con la reivindicación 38 o 39, caracterizado porque las superficies de transferencia térmica se operan en una posición vertical. 41. El proceso de conformidad con la reivindicación 38, caracterizado porque las superficies de transferencia térmica se operan en una posición horizontal. 44 42. El proceso de conformidad con la reivindicación 38, caracterizado porque las superficies de transferencia térmica se diseñan para transferencia térmica mejorada. 43. El proceso de conformidad con la reivindicación 38, caracterizado porque la solución en circulación se calienta en el interior de los tubos. 44. El proceso de conformidad con la reivindicación 38 o 39, caracterizado porque la solución en circulación se calienta en el exterior de los tubos o placas. 45. El proceso de conformidad con la reivindicación 39, caracterizado porque las placas son placas prensadas con matriz. 46. El proceso de conformidad con la reivindicación 39, caracterizado porque las placas se elaboran de hojas planas soldadas en conjunto y luego forman en una estructura final por presión interna. 47. El proceso de conformidad con la reivindicación 39, caracterizado porque las placas se fabrican como estructuras soldadas. 48. El proceso de conformidad con la reivindicación 39, caracterizado porque las placas están con empaques. 49. El proceso de conformidad con la reivindicación 35 o 36 o 37, caracterizado porque el equipo de transferencia térmica se opera en un modo de efecto múltiple desplazado por vapor. 50. El proceso de conformidad con la reivindicación 35 o 36 o 37, caracterizado porque el equipo de transferencia térmica se opera en un modo de recompresión de vapor mecánica. 45 51. El proceso de conformidad con la reivindicación 35 o 36 o 37, caracterizado porque el equipo de transferencia térmica se opera en un modo de compresión térmica. 52. El proceso de conformidad con la reivindicación 35 o 36 o 37, caracterizado porque el equipo de transferencia térmica se opera como un evaporador instantáneo de múltiples etapas. 53. El proceso de conformidad con la reivindicación 35 o 36 o 37, caracterizado porque además comprende la etapa de tratar la corriente de concentrado de alto soluto en un cristalizador que opera como una sola unidad u opera en paralelo para generar la corriente destilada y en la corriente de purga de alto contenido de sólidos. 54. El proceso de conformidad con la reivindicación 36 o 53, caracterizado porque comprende la etapa de tratar adicionalmente la corriente de purga de alto contenido en sólidos después de alcanzar el factor de concentración selecto en un dispositivo de deshid natación de sólidos que opera como una sola unidad u opera en paralelo. 55. El proceso de conformidad con la reivindicación 54, caracterizado porque además comprende la etapa de generar una corriente de agua de filtrado de bajos sólidos suspendidos alto soluto y aún además comprende la etapa de dirigir la corriente de agua de bajo filtrado a la entrada del equipo de transferencia térmica para mayor procesamiento. 56. El proceso de conformidad con la reivindicación 55, caracterizado porque además comprende la etapa de generar un producto de sólidos secos para eliminación. 46 57. El proceso de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque la etapa de retirar los gases disueltos además comprende reducir el pH de la corriente de alimentación para retirar cualquier alcalinidad restante y liberar dióxido de carbono. 58. El proceso de conformidad con la reivindicación 57, caracterizado porque además comprende calentar la corriente de agua de alimentación acidificada para mejorar la remoción de gas en un desgasificador antes de entrar al equipo de transferencia térmica. 59. El proceso de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque la etapa (d) además comprende distribuir la solución en circulación a través de un lado de la pluralidad de superficies de transferencia térmica para generar vapor. 60. El proceso de conformidad con la reivindicación 59, caracterizado porque además comprende recolectar el vapor y comprimirlo ligeramente para formar un vapor comprimido. 61. El proceso de conformidad con la reivindicación 60, caracterizado porque además comprende dirigir el vapor comprimido a un segundo lado de la pluralidad de superficies de transferencia térmica, para condensar el vapor comprimido en la corriente de destilado. 62. El proceso de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado porque la etapa de elevar el pH se logra por adición de una base en solución acuosa, la base se elige del grupo que consiste de (a) hidróxido de sodio, (b) carbonato de sodio, (c) hidróxido de potasio, y (d) carbonato de potasio. 63. El proceso de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado porque la etapa de elevar el pH se logra por adición de base orgánica acuosa. 64. El proceso de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado porque la proporción de la cantidad de la corriente destilada producida a la cantidad de la corriente de agua de alimentación suministrada está entre 90 y 98 por ciento. 65. El proceso de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado porque la corriente de agua de alimentación además comprende purga de torre de enfriamiento. 66. El proceso de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado porque el agua de alimentación además comprende purga del depurador. 67. El proceso de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado porque el agua de alimentación además comprende agua utilizada en transporte de cenizas en una planta de energía eléctrica-vapor operada con carbón. 68. El proceso de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado porque la corriente de agua de alimentación comprende agua de estanque de cenizas. 69. El proceso de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado porque la corriente de agua de alimentación comprende agua de esclusa de cenizas. 70. El proceso de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado porque la corriente de agua de alimentación comprende efluente de tratamiento de alcantarillado. 48 71. El proceso de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado porque la corriente de agua de alimentación comprende efluente de un tratamiento de desplazamiento de alimentos. 72. El proceso de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado porque la corriente de agua de alimentación comprende purga de caldera. 73. El proceso de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado porque la corriente de agua de alimentación comprende una corriente concentrada de equipo de separación de membrana. 74. El proceso de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado porque la corriente de agua de alimentación comprende efluente de operaciones de refinado de petróleo. 75. El proceso de conformidad con la reivindicación 35 o 36 o 37, caracterizado porque comprende la etapa de tratar adicionalmente la corriente de purga de alto contenido de sólidos después de alcanzar el factor de concentración selecto en un secador de rocío para secar sólidos. 76. El proceso de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado porque la etapa de remoción de cationes multivalentes se logra parcialmente al pasar la corriente de agua de alimentación a través de equipo de ablandado con membrana. 77. El proceso de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado porque la etapa de remoción de cationes multivalentes se logra al incrementar el pH a cuando menos aproximadamente 10 en la corriente de agua de alimentación y pasar la corriente ajustada de pH a través de equipo de separación de membrana para filtrar el precipitado de dureza. 49 78. En un proceso para la concentración de corriente de alimentación acuosa en un evaporador, para producir una corriente de destilado que tiene bajo contenido de soluto, y retener al menos una porción de la comente de alimentación acuosa en el evaporador para incrementar la concentración de un soluto a un factor de concentración selecto a un pH selecto en la porción retenida de la corriente de alimentación acuosa, la mejora comprende alimentar el evaporador con una corriente de alimentación acuosa caracterizada al tiempo de entrada inicial al evaporador, por: (I) sustancialmente sin cationes multiva lentes, (II) sustancialmente sin alcalinidad, (III) sustancialmente sin gases disueltos o suspendidos, y (IV) un pH de al menos 9 o superior. 79. El proceso de conformidad con la reivindicación 78, caracterizado porque más de 80% de los cationes multivalentes se retiran de la corriente de alimentación. 80. El proceso de conformidad con la reivindicación 78, caracterizado porque más de 90% de los cationes multivalentes se retiran de la comente de alimentación. 81. El proceso de conformidad con la reivindicación 78, caracterizado porque más de 98% de los cationes multivalentes se retiran de la corriente de alimentación. 82. El proceso de conformidad con la reivindicación 78, caracterizado porque más de 80% de los cationes multivalentes se retiran de la corriente de alimentación. 83. El proceso de conformidad con la reivindicación 78, caracterizado porque más de 90% de los cationes multivalentes se retiran de la corriente de alimentación. 50 84. El proceso de conformidad con la reivindicación 78, caracterizado porque más de 98% de los cationes multivalentes se retiran de la corriente de alimentación. 85. El proceso de conformidad con la reivindicación 78, caracterizado porque más de 80% de los gases se retiran de la corriente de alimentación. 86. El proceso de conformidad con la reivindicación 78, caracterizado porque más de 90% de los gases se retiran de la corriente de alimentación. 87. El proceso de conformidad con la reivindicación 78, caracterizado porque más de 98% de los gases se retiran de la corriente de alimentación. 88. El proceso de conformidad con la reivindicación 78, caracterizado porque las bases se eligen del grupo que consiste de dióxido de carbono, amoníaco, oxígeno, nitrógeno y sus mezclas. 89. El proceso de conformidad con la reivindicación 78, caracterizado porque la corriente de alimentación acuosa además se caracteriza por minimizar o eliminar solución inhibidora de incrustación o solución dispersante de incrustación en la corriente de alimentación acuosa. 90. Método para tratar una corriente de agua de alimentación, en al menos un sistema evaporador y para simultáneamente (a) reducir el potencial de incrustación y (b) permitir una velocidad de transferencia térmica incrementada y (c) permitir superior recuperación y (d) minimizar o eliminar métodos de control de incrustación en un sistema de transferencia térmica existente, para producir una corriente de destilado que tienen bajo soluto y una corriente de purga que contiene alto contenido de solutos/sólidos, el método se caracteriza porque comprende: (a) proporcionar una corriente de agua de alimentación que contiene especies solubles e insolubles, las especies comprenden dos o más de los siguientes: (I) cationes de metales multivaientes, (II) alcalinidad, y (III) cuando menos una especie molecular que está a bajos niveles de ionización cuando está en solución a un pH casi neutro; (b) retirar una porción o sustancialmente todos los cationes multivaientes de la corriente de alimentación y (c) reducir la tendencia del agua de alimentación para formar incrustación cuando el agua de alimentación se concentra a un factor de concentración selecto a un pH selecto, al efectuar en cualquier orden uno o más de los siguientes: (I) retirar sustancialmente toda la alcalinidad de la corriente de agua de alimentación; (II) retirar los gases disueltos o suspendidos de la corriente de agua de alimentación, ya sea que estén inicialmente presentes o creados durante la etapa de remoción de alcalinidad o catión multivalente o la etapa de ajuste de pH; (III) elevar el pH de la corriente de agua de alimentación a cuando menos aproximadamente 9 o superior, (d) pasar el producto de la etapa (c) a equipo de transferencia térmica, en donde el equipo de transferencia térmica: (I) contiene una pluralidad de superficies de transferencia térmica, (II) contiene una solución de alto contenido de solutos/sólidos en circulación, y (III) el pH de la solución en circulación se mantiene a cuando menos aproximadamente 9 o superior, (e) para concentrar el agua de alimentación al factor de concentración selecto, para producir: (I) una corriente de purga que tiene alto contenido de soluto/sólidos, y (II) una corriente de destilado que contiene bajo soluto. 91. En un proceso para la purificación de una corriente de alimentación acuosa que comprende solutos y solvente, al utilizar un equipo de evaporación para incrementar la concentración de la corriente acuosa a un factor de 52 concentración selecto al generar una corriente de destilado que tiene bajo contenido de soluto y retener cuando menos una porción de la corriente de alimentación acuosa en el equipo de evaporación para incrementar la concentración de un soluto selecto a un factor de concentración selecto en la porción retenida de la corriente de alimentación acuosa, la mejora que comprende controlar solutos, cationes de metal multivalente, alcalinidad y dióxido de carbono en la corriente de alimentación acuosa a un nivel en donde la tendencia para formar incrustación se elimina efectivamente al factor de concentración selecto, por (a) antes de alimentar la corriente de alimentación acuosa al equipo de evaporación en cualquier orden, (I) minimizar cationes multivalentes en la corriente de alimentación acuosa, (II) minimizar la alcalinidad de la corriente de alimentación acuosa, (III) minimizar gases disueltos o suspendidos en la corriente de alimentación acuosa; (b) luego, después de la etapa (a) incrementar el pH de la corriente de alimentación acuosa en el equipo de evaporación a cuando menos aproximadamente 9 o superior. 92. El proceso de conformidad con la reivindicación 1 o 78 o 90 o 91, caracterizado porque además comprende durante la etapa de remoción de alcalinidad, la etapa adicional de retirar substancialmente toda la alcalinidad no-hidróxido no asociada con dureza. 93. El proceso de conformidad con la reivindicación 90 o 91 , caracterizado porque la etapa de elevar el pH de la corriente de alimentación acuosa comprende elevar el pH entre aproximadamente 10 y aproximadamente 11. 94. El proceso de conformidad con la reivindicación 90 o 91 , caracterizado porque la etapa de elevar el pH de la corriente de agua de alimentación, comprende elevar el pH entre aproximadamente 11 y aproximadamente 12. 53 95. El proceso de conformidad con la reivindicación 90 o 91 , caracterizado porque la etapa de elevar el pH de la corriente de agua de alimentación comprende elevar el pH entre aproximadamente 12 y aproximadamente 13. 96. El proceso de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado porque la corriente de agua de alimentación comprende efluentes de operaciones de recuperación de hidrocarburo como agua producida. 97. El proceso de conformidad con la reivindicación 90 o 91 , caracterizado porque durante la etapa de elevar el pH de la corriente de agua de alimentación, comprende elevar el pH entre aproximadamente 9 y aproximadamente 10. 98. El proceso de conformidad con la reivindicación 19, caracterizado porque una corriente de desecho que tiene alto contenido de sólidos se genera y además comprende deshidratar la corriente de desecho que tiene alto contenido de sólidos. 99. El proceso de conformidad con la reivindicación 98, caracterizado porque se genera una corriente de bajo contenido de sólidos suspendidos y además comprende dirigir la corriente de bajo contenido de sólidos suspendidos de regreso a la entrada del ablandador. 100. El proceso de conformidad con la reivindicación 90 o 91 , caracterizado porque la etapa de elevar el pH de la corriente de agua de alimentación comprende elevar el pH a más que o al menos aproximadamente 13. 101. El proceso de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado porque las etapas de (b) retirar cationes multivalentes y (c) retirar alcalinidad, retirar gases disueltos e incrementar pH, se logran antes de un proceso de membrana para 54 pre-concentrar la corriente de alimentación corriente arriba del equipo de transferencia térmica descrito en la etapa (d). 102. El proceso de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque ia remoción de cationes multivalentes y elevación parcial del pH, se logran antes de pre-concentrar la corriente de alimentación en un proceso de membrana antes de la etapa (c). 103. Un aparato para el tratamiento de una corriente de agua de alimentación, la corriente de agua de alimentación se caracteriza por la presencia de dos o más de los siguientes: (I) cationes de metales multivalentes, (II) alcalinidad, (III) cuando menos una especie molecular que está a bajos niveles de ionización cuando está en solución a un pH casi neutro, para producir una corriente de destilado que tiene bajo contenido de soluto y una corriente de purga que tiene alto contenido de soluto/sólidos, el aparato comprende: (a) equipo de pre-tratamiento para eliminar en forma efectiva la tendencia del agua de alimentación para formar incrustaciones en superficies de termo-transferencia cuando el agua de alimentación se concentra a un factor de concentración deseado a n pH selecto que comprende en cualquier orden: (I) cuando menos un suavizante para retirar una porción o substancialmente todos los cationes multivalentes de la corriente de alimentación y uno o más de los siguientes: (II) cuando menos un desalcalinizante para retirar esencialmente toda la alcalinidad de la corriente de agua de alimentación, (III) un desgasificador para retirar gases disueltos, (IV) un aparato de adición de productos químicos para elevar el pH de la solución de circulación en el equipo de transferencia térmica a pH selecto de al menos aproximadamente 9 al agregarle una base selecta, para desplazar las especies moleculares como mínimo con bajos niveles de ionización cuando está en solución a un pH casi neutro hacia ionización 55 incrementada; (b) una o más unidades evaporadoras, la una o más unidades evaporadoras tratan el agua de alimentación para producir una corriente de purga que tiene alto contenido de soluto/sólidos y una corriente de destilado que tiene bajo contenido de soluto y concentrar el agua de alimentación al factor de concentración selecto. 104. El aparato de conformidad con la reivindicación 103, caracterizado porque además comprende corriente abajo de una o más de las unidades evaporadoras, procesar adicionalmente la corriente de destilado que tiene bajo contenido de soluto, una unidad de intercambio de cationes. 105. El aparato de conformidad con la reivindicación 103, caracterizado porque además comprende corriente abajo de una o más de las unidades evaporadoras, para procesar adicionalmente la corriente de destilado que tiene bajo contenido de soluto una unidad de intercambio de aniones. 106. El aparato de conformidad con la reivindicación 103, caracterizado porque además comprende corriente abajo de una o más de las unidades evaporadoras, para procesar adicionalmente la corriente de destilado que tiene bajo contenido de solutos, al menos una unidad de intercambio de iones de cama mixta. 107. El aparato de conformidad con la reivindicación 104 o 105 o 106, caracterizado porque además comprende un regenerador de resina de intercambio de iones que genera una corriente regenerante de intercambio de iones y además comprende medios para dirigir la corriente regenerante de intercambio de iones a la entrada de la unidad desgasificadora a fin de tratar la comente regenerante de intercambio de iones en el evaporador. 56 108. Ei aparato de conformidad con la reivindicación 103, caracterizado porque además comprende corriente abajo de una o más de las unidades evaporadoras, para procesar adicionalmente la corriente de destilado que tiene bajo contenido de soluto, una unidad de electrodesionización continua para producir (a) una corriente de agua substancialmente libre de soluto y (b) una corriente de desecho que contiene soluto. 109. El aparato de conformidad con la reivindicación 108, caracterizado porque además incluye medios para dirigir la corriente de desecho que contiene soluto a la entrada del desgasificador para adicional procesamiento. 110. El aparato de conformidad con la reivindicación 105, caracterizado porque además comprende un aparato de separación de aceite corriente arriba del ablandador para remoción de cationes multivalentes. 111. El aparato de conformidad con la reivindicación 103, caracterizado porque además comprende equipo de filtración corriente abajo del ablandador. 112. El aparato de conformidad con la reivindicación 103, caracterizado porque además incluye medios para dirigir agua de reflujo a la entrada del ablandador para mayor procesamiento.