PT93805A - Processo e dispositivo para dessalinizacao da agua do mar e para a obtencao de energia e das substancias contidas na agua do mar - Google Patents

Description

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Descrição referente a patente de invenção de Dombaj GmbH, alema, industrial e comercial, com sede em Uhlandstrasse 194, 1000 Berlin, República Federal Alema, (inventor: Prof. Grigori Isayewiz Berleyev, residente em Isarel), para PROCESSO E DISPOSITIVO PARA DESSALINIZAÇÃO DA ÁGUA DO MAR E PARA A OBTENÇÃO DE ENERGIA E DAS SUBSTANCIAS CONTIDAS NA ÁGUA DO MAR"

DESCRIÇÃO A presente pr c jcesso e a um dispôs 3 i t i v o par do mar e para a obtenção de energi na água do mar • invenção refere-se a um a a dessalinizaçao da água a e das substâncias contidas a técnica básicos par do seu estad ou cristali trolíticos e actual sao a a dessali- o de agrega-zaçao,

De acordo com conhecidos essencialmente três métodos nizaçao da água do mar ls a obtenção da água por modificação çao, por conseguinte por evaporação 2- a dessalinizaçao por processos elec 3e a osmose inversa. A energia consumida por exemplo na evaporaçao e destilação da água é de cerca de 25 a 50 KWh/in - * # de agua, e esta pois associada a um elevado custo de energia, perdendo-se o calor fornecido pelo menos numa fracçao importante. Alem disso as instalações de destilação têm o inconveniente de estarem expostas a um considerável risco de corrosão que torna necessária a substituição das peças que entram . em contacto com a agua do mar ao fim de um ano e meio a dois

TF 1 ANOS: A productividade destas instalações de destilação está limitada a um máximo de 1000 m por dia. 0 processo de refrigeração baseia-se na formaçao e no crescimento de cristais individuais no qual se depositam em forma cristalina apenas substâncias quimicamente idênticas, enquanto que as partículas estranhas nao têm lugar na rede cristalina. A formaçao de zonas intercrista-linas, nas quais também podem estar retidas partículas estranhas, ocorre em soluçoes aquosas quando aproximadamente 50% da solução de sal passa para o estado sólido. Os aparelhos de frio necessários para a congelação da forma descrita traba- lham igualmente com dispendiosos no que resultado, cada uma dispendiosa.

Na electrodiálise os ioes sao extraídos directamente da solução salina, perdendo os ioes a sua carga eléctrica junto aos eléctrodos e separando-se no cátodo os átomos metálicos aqui formados. Este processo em princípio so e utilizável com soluçoes salinas muito fracas mas nao e adequado na dessalinizaçao da água do mar na qual a concen-traçao de ioes flutuantes é da ordem dos lCr Coulomb por litro de solução. Os ensaios para reduzir o número dos iões a extrair através da utilização de filtros iónicos não são pois apropriados, visto que estes filtros se tornam imprestáveis para utilização após curto tempo na sequência dos iões ali depositados. Também no caso do processo electrolítico o problema da corrosão destaca-se fortemente na generalidade do processo.

Também a chamada osmose inversa nao pode ser ainda realizada tecnicamente, visto que a quantidade de agua obtida nas maiores instalações experimentais raramente excede 1000 litros de água por dia. A solução salina na osmose inversa ê comprimida por meio de membranas de acetato de celulose, sendo a pressão da ordem de grandeza de 50 bar, empregando-se também por vezes pressões até 100 bar. A solicitação mecânica das membranas é em conformidade grande. Um 2 -

inconveniente deste método de dessalinizaçao ê o facto de as membranas, após utilização prolongada se tornarem imprestáveis por diversas causas, por exemplo por ataque bacteriano. A osmose inversa tem de facto, relativamente aos métodos anteriormente descritos, a vantagem de serem empregues apenas reduzidas quantidades de energia, mas esta vantagem nao pode contrabalançar os inconvenientes da reduzida productividade, bem como o risco da danificaçao das membranas.

Além disso os problemas da futura disponibilidade de energia nao devem de algum modo ser considerados solucionados. No caso da combustão de combustíveis fósseis forma-se dióxido de carbono, cujo aumento em percentagem na atmosfera faz recear consequência climatéricas nefastas. A obtenção de energia por cisão nuclear levanta o problema da eliminação dos resíduos radioactivos. A obtenção de energia a partir da energia solar ou de dispositivos eólicos tem de facto a vantagem de ser isenta de resíduos, mas no entanto deve ser considerada como economicamente insatisfatória.

Por consequência subsiste agora, tal como anteriormente, uma necessidade crescente de obtenção de novas fontes de energia que possam ser utilizadas economicamente e sem prejuízo ambiental.

Consequentemente, constitui um objectivo da presente invenção exemplorar estas fontes de energia e simultaneamente constitui um outro objectivo da presente invenção revelar um processo e um dispositivo para a dessalinizaçao da água do mar, que trabalhe economicamente sem prejuízo para o ambiente.

Por um lado, estes objectivos sao solucionados através do processo descrito na reivindicação 1. A ideia basica deste processo, em oposição á técnica actual, parte do facto de os ioes dissociados na água do mar serem extridos da água sem custos energéticos substanciais, e se: . tornarem utilizáveis a sua própria energia e também o seu teor em substâncias. A energia necessária para este efeito pode ser reduzida â quantidade que ê necessária para a bomba- 3 JESSSSi ......‘**^~:^'''-^i3S»iyMwjS»KwWi-^!^

^ 3 ^ gem da agua; para elevar um in de agua de 1 m sao necessários apenas 0,003 KWh, e a quantidade de energia comum para a manutenção do campo electrostático é de um milésimo daquela e pode por consequência ser desprezada. Pelo contrário, com o processo de acordo com a invenção é libertada a energia de 55 KWh que está associada na água do mar ao valor convenci-onal de 35 Kg de sal/m . Com a recepção de 3 x 10^ pares de ioes, isto é, 6 x 10^ ioes/m^, a carga é de cerca de 8 > 10 Coulomb, o que corresponde a uma energia cinética por -21 forças de Coulomb de 2,6 x 10 Joule. A energia cinética dos ioes, pelo contrário, com 5,8 x 10 Joule, é quase três vezes maior, de modo que com utilização da elevada mobilidade dos ioes e realizável uma separaçao dos ioes sem neutralização. 0 valor de 55 KWh referido acima resulta de uma -19 energia molecular de 7 x 10 Joule por par, multiplicada φ 26 p pelo número de pares (3 x l(j ) isto é, á de 2,1 x 10° Joule « 55 KWh.

Como o processo de acordo com a invenção (assim como o dispositivo a descrever mais tarde) permitem também dessalinizar quantitativamente grandes quantidades de água do mar, é possível dispor-se de 1 a 5 milhões de 3 m de agua desionizada por dia sem problemas, e os eventuais danos resultantes da corrosão podem ser evitados por utilização de plásticos como revestimento de tubos condutores.

Deste modo o processo de acordo com a invenção, além da dessalinizaçao da água do mar e da obtenção de energia, permite a extracçao de substâncias contidas na agua do mar, essencialmente metais alcalinos e alcalinoter-rosos, hidrogénio e cloro gasoso.

De harmonia com os conceitos que estão na base da presente invenção, os ioes de nomes contrários sao separados num campo electrostatico, recorrendo-se á sua elevada energia cinética relativamente às forças de atracção de Coulomb, mas devido â forte acçao de remoinho da água em deslocação, sao arrastados para fora do campo electrostáti-co sem serem neutralizados. As correntes de água, contendo 4

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cada uma apenas ioes do mesmo nome, sao em seguida encaminhadas para condutores onde sao descarregadas electricamente, A carga eléctrica assim recolhida pode ser transformada direc-tamente em corrente contínua, tendo a corrente contínua a vantagem de as perdas de tensão, mesmo no caso de transporte por condutores extremamente longos, ser consideravelmente menor, comparativamente, do que no caso do transporte por corrente alternada.

Em vez do campo electrostático descrito na reivindicação 1 pode também trabalhar-se no primeiro passo, numa forma de alternativa, com uma tensão rectangular que e aplicada aos eléctrodos (placas de condensador).

As tensões aplicadas ascendem a 200 KV até 500 KV no caso de tensões contínuas, ou no caso da tensão rectangular ascendem a valores entre 5 e 20 KV, de preferência entre 7 KV e 10 KV, com uma frequência compreendida entre 10 Hz e 2 KHz. Numa experiência laboratorial trabalhou -se com uma frequência compreendida entre 10 a 30 Hz, mas para a produção de um alto rendimento de corrente ou potência inicial, propoem-se no entanto valores de 1 KHz até 2 KHz.

Para evitar que os iões, no caso de velocidades de escoamento relativamente pequenas, se acumulem na região dos eléctrodos, que estão de preferência revestidos com uma substância isoladora, e consequentemente junto aos eléctrodos nao se processa qualquer descarga eléctrica, pro- poe-se, de acordo com uma outra variante da invenção, que —* a tensão continua constante seja interrompida por curtos período de tempo, isto é, com impulsos 20 usec por tensões aproximadamente do mesmo valor mas opostas. Durante este impulso de curta duraçao os ioes eventualmente acumulados sao repelidos e arrastados pelas respectivas correntes parciais, sem que a acçao de separaçao produzida pelo campo elec-trostático constante seja visivelmente perturbada ou reduzida.

Estes impulsos de repulsão sao também utilizáveis no caso de se empregar uma tensão rectangular, ascendendo os impulsos rápidos de tensão a um máximo de 20 5

de 1/20 da duraçao do patamar de tensão usec ou a uma máximo rectangular. CD*

No primeiro passo ou no passa unico em que os ioes sao separados por meio de eléctrodos, como evidente só é possível uma separaçao parcial dos ioes existentes na água do mar, que é pelo menos de cerca de 20% da quantidade de água do mar empregue. 0 grau de separaçao dos ioes depende essencialmente de qual o tipo de tensão empregue e da velocidade de escoamento da agua do mar através dos eléctrodos. Eventualmente a água do mar pode também ser reciclada várias vezes através de um mesmo passo de separaçao ou pode ser realizado um passo de reciclagem separado. A descrição seguinte refere-se a uma realizaçao do processo na qual, depois do primeiro passo de separaçao, seguem-se ainda outros passos de separaçao.

Para impedir uma acumulaçao de carga electrica na zona de transporte do primeiro passo, que reduz a velocidade de escoamento da corrente iónica transportada, as correspondentes correntes água/ioes sao conduzidas através de condutas ligadas â terra. A quantidade de água do primeiro passo já desionizada pode ser retirada separada deste e é de cerca de 20%, referida à quantidade de água utilizada.

De harmonia com um desenvolvimento posterior do processo de acordo com a invenção, as correntes ionicas sao conduzidas num troço de condutas parciais nao ligadas á terra e paralelamente entre si, a uma certa distância, de modo que as forças de atracçao de Coulomb se façam sentir com a consequência de fazer concentrar os ioes de nomes contrários, para cada caso, nas zonas periféricas das condutas opostas, sendo simultaneamente desionizadas as camadas das correntes mais afastadas, de tal modo que através de uma correspondente ramificaçao das condutas possam ser transportadas separadamente, em cada caso, por um lado a água desionizada e por outro lado uma quantidade de água menor misturada com forte concentração ionica. Preferivelmente escolhe-se o modo de transporte, neste segundo passo, de 6

tal modo que 95 a 97% da água desionizada possam ser transportados separadamente, de modo que depois do segundo passo apenas cerca de 2,5 a 4% da quantidade de água inicial com forte concentração iónica seja encaminhada para os condutores.

De preferência estabelece-se no primeiro passo um campo electrostático o maior possível, o que é conseguido através da aplicaçao aos elêctrodos de uma tensão compreendida entre 200 e 500 KV. A velocidade de escoamento preferida de cada uma das correntes iónicas separadas situa--se entre 3 e 7 m/seg. Como já foi referido anteriormente, o fluxo de água do mar ou o fluxo da solução aquosa iónica, pode ser mantido no valor correcto bombeando-se a água do mar antes do primeiro passo para um depósito de alimentação, por exemplo a uma altura de 8 a 10 metros, e mantendo-se então o débito de água ou da corrente iónica apenas por enter-medio da energia potencial anteriormente obtida. Por outras palavras, depois da elevaçao da água do mar basta apenas a força da gravidade para assegurar um débito contínuo. Neste caso revelou-se como uma técnica de processo útil que a água do mar, no primeiro passo, seja obrigada a percorrer, de baixo para cima, uma câmara equipada com elêctrodos planares, essencialmente verticais, sendo os iões desviados, em cada caso, em direcçao aos elêctrodos por intermédio do campo electrostático reinante entre os elêctrodos. Antes dos iões alcançarem os elêctrodos sao no entanto arrastados pela corrente provocada nas condutas de saída, conseguindo-se deste modo a separaçao já descrita dos iões em duas correntes tendo cada uma ioes do mesmo nome (positivos ou negativos). A água já desionizada é de preferência obrigada a passar por cima dos elêctrodos. Para se assegurar que os ioes nao atinjam os éleclraoctios .e -rtao «sejam a;li neutralizados., os e] éctrodos do primeiro passo sao revestidos com um dielêctrico.

Enquanto que no primeiro passo convêm escolher a velocidade de escoamento tanto quanto possível, relativamente alta em concordância com o campo electrostático, e preferível no segundo passo, para se evitar ali um percurso longo de condutas, reduzir a velocidade de escoamento dos 7

ioes pela secção transversal das condutas a cerca de 40 a 60% da velocidade anterior. Aravés desta medida as forças de atracçao coulombiana entre os ioes de nomes diferentes que percorrem, cada um, condutas separadas, podem actuar muito eficazmente, sendo a força de repulsão das cargas do mesmo nome entre si ultrapassada pela força de Coulomb global da soma de todas as partículas que transportam cargas.

Para imperdir a perturbação do processo por substâncias sólidas, seres vivos, plantas, coloides, etc, a agua do mar e filtrada mecanicamente antes de ser introduzida no primeiro passo.

Depois de perderem a sua carga eléctrica do condutor, os metais neutros que se encontram em solução aquosa numa forma altamente concentrada sao transportados para um reactor onde se obtém hidrogénio (volátil) metais (essencialmente metais alcalinos e alcalinoterrosos) bem como cloro gasoso. 0 hidrogénio forma-se de acordo com as seguintes reacçoes químicas: 2Na + 2H2° 2Na(0H) + H2 2K + 2H20 2K (OH) + h2 Mg + 2H20 Mg (OH)2 + H2 Ca + 2H20 Ca(0H)2 + h2

Perssupondo-se que os elementos mais frequentes na água do mar estão presentes aproximadamente nas quantidades adiante indicadas, podem deste modo obter- 3 -se por m de água do mar 470 mol de hidrogénio.

Na"1" 38.5% 3.5 X 1026 K+ 0.82% 4.4 X 1024 Mg++ 8 i 95% 7.7 X 1025 Ca++ 1.73% 9.0 X 1024

As reacçoes químicas referidas acima sao exotêrmicas de modo que o calor libertado neste caso - 8 -

tem que ser eliminado e pode s er aprov eitado. As partícula s de água na forma de vapor cont ida s no hidrogen io molecular inicial sao separadas por cond ens açao para se obter hidrog énio puro. As cald as que ficam em solução têm diversos pe ísos específico s, o que pos sibilita a sua separ açao em diversas fracções. A soda cáustica e a potassa cáustrica (NaOH e KOH) sao utilizáveis directamente na indústria. 0 hidróxido de magnésio e o hidróxido de cálcio podem ser ainda tratados independentemente um do outro para separaçao do magnésio ou do cálcio, o que se consegue por aquecimento das recpectivas caídas com obtenção dos óxidos me tálicos (MgO ou CaO) e em seguida sao submetidos a reacçao com o hidrogénio de acordo com as seguintes equações químicas: MgO + «2 Mg + h2o CaO + H2 Ca + h2o po de ser rea liz po ntos de fu sao en quanto que 0 ce rca de 700 eC se r separ ado em po r aquecimen to lí quido. A separaçao do magnésio e do cálcio ada de preferência com recurso aos diversos

^ O . 10 ponto de fusão do magnésio é de 651 C,

^ O do cálcio e de 881 C. A uma temperatura de o magnésio contido na mistura funde e pode forma líquida, e analogamente o cálcio funde a 900-C e pode igualmente ser obtido em estado

Um outro elemento utilizável é o cloro, presente na água do mar em grandes quantidades. Este, depois da neutralizaçao no passo do condutor, pode ser transformado primeiro numa forma dissolvida num reactor no qual reage completamente com formaçao de água e cloro gasoso. 0 cloro gasoso pode ser removido e pode ser passado através de um sistema de refrigeração para eventual purificação da água em forma de vapor. 0 cloro gasoso purificado é arrefecido num condensador, de preferência a -50SC. e é depois comprimido

Por m3 de água podem obter-se assim 9

cerca de 224 mol de 3 Kg de magnésio e O cloro gasoso, 24 Kg de metais alcalinos, 6 Kg, de cálcio. CD' G processo de acordo com a invenção pois realizável em grandes instalações, bem com em navios a motor, que podem utilizar tanto a energia eléctrica como também o hidrogénio produzido como reserva e fonte de energia. Neste caso a utilização do hidrogénio, cuja energia é quase três vezes superior á dos hidrocarbonetos, tem a vantagem de a sua combustão nao produzir substâncias venenosas. 0 objectivo da invenção ê ainda solucio-nado através do dispositivo descrito na reivindicação 22. Os seus desenvolvimentos estão descritos nas reivindicações 23 a 32. As partes essenciais deste dispositivo sao o primeiro passo, ja caracterizado acima, no qual os ioes de nomes contrários sao separados entre si num campo electrostático. Este campo e formado por um par de eléctrodos planares aos quais sao aplicadas tensões compreendidas entre 200 e 500 KV, servindo os eléctrodos simultaneamente, de preferência, como duas das 4 paredes de um reservatório prismático. A entrada da água do mar é realizada por meio de uma conduta de saída de um tanque de alimentaçao, de preferência com 8 a 10 m de altura, sendo a água já desionizada (cerca de 20%) transportada por cima dos eléctrodos, e a corrente de água com ioes de nomes contrários transportada por baixo dos eléctrodos em canais ou condutas de saída. Estes canais de saida conduzem aos condutores nos quais se realiza a eliminação da carga eléctrica, antes de se obterem, num dispositivo de separaçao, hidrogénio, lixívias alcalinas, metais alcalino-terrosos e cloro gasoso.

Preferivelmente os dois canais de saída estão ligados à terra, estado a ligaçao à terra dos canais de saída, de acordo com uma outra variante construtiva da invenção, interrompida num segmento parcial e estando os canais de saida nesta zona dispostos paralelamente entre si a uma sistância compreendida entre 2,5 e 3 m. Nesta zona cada uma das condutas de saída ramifica-se também numa outra 10 conduta de saída para a água desionizada, enquanto que os canais de saida para o transporte dos ioes ainda em concentração forte na solução aquosa têm um raio consideravelmente menor. Deste modo os canais de saída antes do segmento parcial têm um diâmetro de 8 a 12 cm, no segmento parcial têm um diâmetro alargado, de preferência até 1,3 a 2 vezes a secção transversal, e por trás da conduta de saída ramificada têm em contrapartida uma secção transversal apenas 3 a 5% maior. A distância dos canais de saída antes e depois do segmento parcial isolado no qual se realiza uma concentração ulterior dos ioes (segundo passo de separação) é de pelo menos 3 m. Para evitar a corrosão os tanques de alimentaçao, o segundo depósito, os eléctrodos, os canais de salda e/ou a restante tubagem de saida ou transporte estão revestidos internamente com plásticos, de preferência PVC.

De acordo com uma outra forma construtiva preferida os eléctrodos, na zona inferior do segundo depósito (zona de saída)estao dobrados para fora. 0 tanque de alimentaçao possui vári os iltros e/ou bocais de depósito de lodo, de modo que a ág ua o mar bombeada par a o depósito de alimentação, antes do eu tran sporte para o segundo depósi to (campo electr ostático ), as: sa at ravés de vári os câmaras ou c rivos filtrantes dispost os um perc urso sinuoso. 0 dispositivo de separaçao para obtenção das substâncias químicas contidas na água do mar consiste em vários reactores, recipientes separadores e recipientes colectores, cada um dos quais individualmente é já conhecido em princípio na técnica actual.

Nos desenhos está representado um exemplo de realizaçao da invenção. Aqueles mostram: A fig. 1, uma representação esquemática da instalação de acordo com a invenção, e perspectiva do mar e a desta instalaçao obtenção de ener^ A fig. 2, uma vista em para a dessalinizaçao da água ia numa escala industrial. 11

A agua do mar 10 é extraída por meio de uma ou mais bombas 11, através de uma conduta 13 que termina abaixo do nível das águas do mar 12, e é encaminhada para um tanque de armazenagem 14. Para se separarem previamente sólidos, plâncton, algas, assim como coloides, etc, na extremidade da conduta esta colocado um filtro 15. 0 tanque de armazenagem 14 é de cerca de 8 a 10 m de altura e possui uma capacidade que é suficiente para permitir a alimentação de água para as partes seguintes da instalaçao, também no caso de falha da ou dasbombas 11 ou de ter que se limpar um filtro 15 durante um curt o peri' é também a úni ca parte da inst alaçao já que depois da elevaçao da água a é assegurada unicamente ] Dor forças do tanque de armagenagem 14 parte de saída 16, e quipada com uma valvulé a um segundo depósito 17 . A condut ne ste depósito 17 na sua z ona do func guiar ou quadrada. 0 depósito 17 é construído no restante com uma forma essencialmente primática, sendo duas das quatro paredes construídas como eléctrodos 19, 20, que estão ligados aos correspondentes dispositivos de controle e alimentação. Na região superior do prisma encontra-se uma conduta de saída 21 para a remoção da água desionizada. Por baixo dos eléctrodos, cuja extremidade inferior está dobrada para fora, encon-tram-se dois canais de saída 22, 23, cujo diâmetro é, para cada um, de 10 cm. Estes canais de saída 22, 23 estão ligados à terra e conduzem a um segundo passo posteiror de separação de ioes 24, no qual a ligaçao à terra dos canais de saída esta interrompida e os canais de saida passam de uma distância de 3 m para uma distância de 0,5 m um do outro. Neste segundo passo de separaçao de ioes o diâmetro dos canais de saída alarga para dar lugar a uma menor velocidade de escoamento. A velocidade de escoamento é ajustada de modo que o trajecto S£ que se encontra a jusante basta para que os iões, devido às suas forças de atracçao do Coulomb, se acumulem em cada caso nas zonas periféricas face a face dos canais de saída 12

e sejam transportados através dos condutores de saída 25, 26 de menor diâmetro para os condutores 27, 28 que estão igualmente ligados à terra. Imediatamente antes da extremidade do segundo passo de separação partem ainda condutas 29, 30

para a égua já isenta dos ioes. As cargas eléctricas escoadas através dos condutores 27, 28 sao transportadas através dos condutores 31, 32 de uma forma já conhecida na técnica. A parte dos canais de saída 25, 26 que se encontra por trás dos condutores 27, 28 desemboca directamente num dispositivo de separaçao 33, 34 no qual, além do hidrogénio, sao obtidas caídas alcalinas ou alcalinoterrosas, cálcio, magnésio, assim como cloro. 0 dispositivo de acordo com a invenção trabalha do seguinte modo: a solução aquosa de cloreto de sódio é transportada para o tanque de armazenagem 14 e dali para um segundo depósito 17 onde é submetida ao campo electrostático formado pelos eléctrodos 19, 20. Os eléctrodos 19, 20 estão isolados por revestimentos plásticos de modo que não há qualquer contacto electrico com a solução aquosa. A tensão aplicada aos eléctrodos deve ser o mais alta possível, isto é, por exemplo, 500 KV. Se o campo eléctrico fôr estabelecido uma vez, a perda de energia é considerada relativamente pequena, uma vez que o fluxo de corrente entre os eléctrodos deve ascender no máximo a 5 mA. Enquanto a água do mar se desloca para cima no segundo depósito 17, os ioes sao separados de tal modo que os ioes negativos se deslocam na direcção do ânodo 19 e os ioes positivos deslocam-se na direcção do cátodo 20. A altura dos eléctrodos 19, 20 é determinada em função da quantidade de água transportada para o depósito 17 e da sua velocidade de escoamento, e nomeadamente de modo que a água que se escoa através da conduta de saída 21 seja água desioni-zada. 0 campo electrico estabelecido impede por sua vez que os ioes se escoem através da conduta de saída 21, e pelo contrário os ioes desviados para baixo na direcção das setas 35, 36 em conjugação com o fluxo de água ali existente e sao transportados através dos canais de salda 22, 23 para 13

fora do depósito nomeadamente com uma velocidade de escoamento compreendida entre 5 e 7 m/sec. No primeiro passo, definido pelo campo electrostático dos electródos 19, 20, os ioes sao por conseguinte apenas desviados, nao sendo pois neutralizados. Neste desvio perdem uma parte da sua energia cinética, o que impede simultaneamente uma outra deslocação na direcçao da conduta de saída 21. Pelo contrário, sao arrastados pelas esteira da água que se escoa nos canais de saída 22, 23. Se esta acçao da água ao longo dos eléctrodos 19, 20 nao fôr suficiente, poderiam eventualmente ser colocadas redes de malha larga 37, 38 antes de cada um dos eléctrodos, definindo um canal de escoamento sobre os canais de saída 25, 26. Esta rede consistiria evidentemente de plástico. Para se evitar uma acumulaçao de cargas nos canais de saída 25, 26 a que estariam sujeitos os ioes de nomes contrários devido as forças de atracçao de Coulomb, os canais de saída 25, 26 estão ligados a terra até ao segundo passo de separaçao 24. A ligaçao à terra termina imediatamente antes do segundo passo de separaçao onde as condutas estão também dispostas quase paralelamente entre si, de modo que as forças de atracçao de Coulomb seja eficazes. Isto origina que os ioes se acumulem, em cada caso, nas zonas periféricas das zonas mutua-mente opostas de modo que a água desionizada possa ser transportada através dos canais de saída 25, 26, enquanto que uma parte da solução aquosa, em cada caso com todos os iões (2 a 5%) seja transportada através dos canais de saída 25, 26 no prolongamento dos primeiros. Estes canais de saída estão igualmente ligados à terra. A descarga de corrente e realizada nos condutores representados pela parede dos canais de saída 25, 26.

Apenas com o processo aqui descrito e possivel separar os ioes individualmente, estando cada iao individual rodeado por aproximadamente 55 moléculas de água. A energia consumida na dissociação, de cerca de 7 x -19 10 Joule por molécula, pode finalmente tornar-se utilizável A tensão estabelecida nos condutores 27, 28 ê determinada pela igualdade U = q/C, na qual q é a carga obtida nas placas 14 t

condutoras e C é a sua capacidade.

Logo que os ioes, essencialmente Na , + 2+ 2+ — — — -K , Mg , Ca , Cl , Br , I tenham perdido a sua carga elec- trica e se tornem átomos quimicamente neutros, reagem com a água formando os correspondentes hidróxidos com formaçao simultânea de hidrogénio molecular. Como se pode ver na fig. 2, este hidrogénio é armazenado em recipientes de hidrogénio depois de uma prévia recolha e purificação da água por condensação. 0 hidrogénio pode ser utilizado na própria instalaçao, por exemplo como combustível. As soluçoes de hidróxidos alcalinos e alcalinoterrosos remanescentes sao separadas com base nos seus pesos específicos diferentes, sendo as soluçoes alcalinas utilizáveis directamente na técnica. As soluções alcalinoterrosas sao primeiramente aquecidas para obtenção de um metal, formando-se além da água o respectivo óxido metálico. Os óxidos metálicos sao levados a uma outra câmara de reacçao onde sao submetidos a uma chama redutora de hidrogénio, mantendo-se a reacçao pela remoção contínua de água. A separaçao dos metais alcalinoterrosos individuais, especialmente do magnésio e do cálcio, é realizada num outro passo por aquecimento gradual da mistura, primeiro a uma temperatura superior ao ponto de fusão do magnésio (6518C) mas inferior ao ponto de fusão do cálcio (881aC) tornando-se o magnésio liquido e podendo ser removido. Depois do aquecimento por exemplo a 900eC, o cálcio também funde e pode ser removido. As restantes substâncias solidas que ficam como resíduo sao elimidadas posteriormente. Na fig. 2 esta representada esquematicamente uma rectificaçao de metais 40. A obtenção dos halogéneos é exemplificada através do cloro. Depois da neutralizaçao do cloro este reage com água até a formaçao de cloro gasoso que é bombeado, fazendo-se passar o gás e a água arrastada através de um sistema refrigerador no qual a água condensa e se deposita em copos especiais. 0 cloro gasoso já puro é conduzido a um condensador no qual reina uma temperatura de -50SC. Depois do arrefecimento o cloro gasoso e comprimido e é armazenado na forma líquida em recipientes de halogéneo 41 especiais. 15

Claims (1)

1. Neste caso por cada m de água do mar obtêm-se 217 mol de cloro gasoso, o que corresponde a uma massa de 15,2 Kg. Na fig. 2 estão ainda representadas adicionalmente estruturas metálicas 42, assim como condutores de electricidade 43 para os eláctrodos 19, 20, bam como unidades de controle 44 para a corrente obtida. REIVINDICAÇÕES - lâ - Processo para a dessalinizaçao da água do mar e para a obtenção de energia e das substâncias contidas na água do mar, no qual a água do mar é conduzida através de um campo electrostatico dirigido perpendicularmente â sua direcçao de escoamento, e no qual, além de uma corrente parcial de água do mar pobre em iões, se separam correntes parciais de água do mar enriquecidas, cada uma, com aniÕes ou catioes respectivamente, caracterizado por a água do mar, numa primeira fase, ser obrigada a percorrer, de baixo para cima, uma câmara equipada com eléctrodos planares, essencialmente verticais, revestidos com um dieléctrico, de forma que os ioes sejam desviados pelo campo electrostático reinante entre os eléctrodos e, em qualquer caso, em direcçao aos electrodos, mas sendo arrastados pela corrente provocada nas condutas de saída e auxiliada pela gravidade, antes de alcançarem os electrodos, e por a parte desionizada da água acima dos eléctrodos ser retirada, e por, numa outra fase, as correntes aquosos iónicas separadas serem passadas junto a condutores, serem ali descarregadas electricamente e serem conduzidas em faces separadas. 16 - 23 -

   - 2ã - Processo para a dessalinizaçao da água do mar e para a obtenção de energia e das substâncias contidas na água do mar, no qual a água do mar é conduzida através de um campo eléctrico disposto transversalmente em relaçao a corrente liquida e no qual, além de uma corrente parcial de água do mar pobre em ioes, se separam correntes parciais de água do mar enriquecidas, cada uma, com anioes ou com catioes, respectivamente, caracterizado por a intensidade do campo eléctrico ser produzida por uma tensão rectangular (impulso rectangular minimo 0 V) e por as correntes aquosas iónicas separadas serem obrigadas a passar, cada uma, junto a condutores, serem ali descarregadas electricamente e serem conduzidas numa face separada. - 3â - Processo de acordo com as reivindicações 1 ou 2, caracterizado por a tensão contínua estar compreendida entre 200 e 500 KV, ou a tensão rectangular estar compreendida entre 5 e 20 KV, de preferência entre 7 e 10 KV, e possuir uma fr equência compreendida entre 10 Hz e 2 KHz, de preferên- cia 10 a 30 Hz ou 1 KHz ate 2 KHz • _ 4a . Processo de acordo com uma das reivindi- caçoes 1 a 3, caracterizado por a tensão contínua constante ser interrompida por curtos períodos de tempo ( 20 psec) por tensões opostas do mesmo valor, ou por entre os impulsos rectangulares de tensão contínua ser estabelecida, por curtos períodos de tempo, uma polaridade invertida, sendo a duração do impulso de tensão do período de tempo curto de, no máximo, 20 usec ou ate ao máximo de 1/20 da duraçao do patamar da tensão rectangular. - 5â - Processo de acordo com qualquer das 17

   reivindicação 1 a 4, caracterizado por os anioes por um lado, e os catioes por outro lado, serem separados da primeira fase, cada um, por condutas separadas ligadas à terra. - 6â - Processo de acordo com quanquer das reivindicações 1 a 5, caracterizado por, numa segunda fase, a ligaçao à terra num segmento parcial da conduta ser interrompida, e por as condutas serem dispostas paralelamente entre si a uma distência a qual, por acçao de forças de atrac-çao de Coulomb, os ioes nas condutas se aproximam o máximo possível, e por a água desionizada ser separada por uma bifurcação das condutas, e por apenas a agua contendo os ioes em alta concentaçao ser obrigada a passar pelos condutores. - 7â - Processo de acordo com qualquer das reivindicações 1 a 6, caracterizado por, no primeiro passo, se separar água desionizada, de preferência até 20% em peso, da corrente parcial de água contendo os iões. - 8ã - Processo de acordo com qualquer das reivindicações 1 a 7, caracterizado por, num segundo passo, se separar 95 a 97% em peso de água desionizada. - 9ã - Processo de acordo com quanquer das reivindicações 1 a 8, caracterizado por a velocidade de escoamento de cada ums das correntes iónicas separadas estar compreendidas entre 3 a 7 m/sec. - 10â - Processo de acordo com quanquer das reivindicações 1 a 9, caracterizado por a água do mar, antes da primeira fase, ser bombeada para um reservatório de alimen- 18 taça o e por o d eb ito de água do mar ser man1 tido exclusivamen- te à custa da ener gia potencial assim obtida • - llâ - Processo de acor do com qualquer das r eiv indi caç oes 1 a 10, caracterizado por a velocidade de e sco amen to das co rre ntes parciais de agua cont endo os ioes, na s egun da fase, s er atenuada por aument o da secção transver- sal das co: nduta S, de preferência a 40 até 60% da velocidade inic ial. - 12â - Processo de acordo com qualquer das reivindicações 1 a 11, caracterizado por a água do mar, antes da sua entrada na primeira fase, ser purificada mecanicamente ou filtrada para eliminação de sólidos, organismos vivos, plantas e coloides. - 13- - Processo de acordo com qualquer das reivindicações 1 a 12, caracterizado por os metais netraliza-dos pela parte de carga electrica junto aos condutores, serem levados em solução aquosa a um reactor do qual se retira o hidrogénio gasoso formado. - I4ã - Processo de acordo com a reivindicação 13, caracterizado por o hidrogénio ser purificado num condensador . - 15ã - Processo de acordo com uma das reivindicações 13 ou 14, caracterizado por se eliminar o calor formado na reacçao dos metais neutros com a água. 19 - 16- - Processo de acordo com qualquer das reivindicações 13 a 15, caracterizado por as soluçoes formadas na reacçao serem separadas como diferentes fracçoes pesadas. - 17ã - Processo de acordo com qualquer das reivindicações 13 a 15, caracterizado por os metais alcalino-terrosos, especialmente o magnésio e o cálcio, serem transformados nos óxidos metálicos, por aquecimento das bases, e em seguida serem reduzidas aos metais alcalinoterrosos por reacçao com hidrogéneo e eliminação da água. - 18â - Processo de acordo com a reivindicação 17, caracterizado por os metais alcalinoterrosos, especialmente o magnésio e o cálcio, serem separados dos restantes metais por aquecimento por fases, a uma temperatura superior aos respectivos pontos de fusão. - 19â - Processo de acordo com qualquer das reivindicações 1 a 18, caracterizado por o cloro neutralizado ser conduzido a um reactor do qual se retira o cloro gasoso formado. - 20- - Processo de acordo com a reivindicação 19, caracterizado por o cloro gasoso ser conduzido através de um dispositivo de arrefecimento para purificação da água. - 21â - Processo de acordo com a reivindicação 20, caracterizado por o cloro gasoso purificado ser arrefecido num condensador até -502C e em seguida ser comprimido. 20

   Dispositivo para a realizaçao do proces- so de acordo com as reivindicações 1 a 21, caracterizado por ser consti tuido pelas seguintes part es, numeradas adiante: a) ura tanque de alimentaçao (14) que possui pelo menos uma uma bomba (11) montada numa conduta (15) que termina abaixo do nível da água (12), e uma lâ conduta de saída (16) equipada com uma válvula (18), regulável ou controlável, e que termina num 2- reservatório (17), b) um 2a reservatório (17) com um par de eléctrodos (19,20) dispostos essencialmente em posição vertical, para formação de um campo electrostatico, o qual está ligado no fundo, ou na zona de fundo, com a ou as primeiras condutas de salda (16), que possui por baixo de cada ura dos eléctrodos (19,20) 2 canais de saída (22,25;23,26) e por cima dos electródos (19,20) possui uma outra conduta de saída (21), c) condutores (27 ,28) dispostos, em cada ca so, a jusante dos canais de s aída (25,26) e d) um dispositivo de separaçao química (33, 34) par ε i obtenção de hidrogénio, lixívias alcalinas, metais al calinoterrosos e c loro gasoso. - 23ã - Dispositivo de acordo com a re] .vindica- çao 22, caracteriz ado por os 2 canais de sa: :da (22 25;23,26) estarem ligados à terra. - 24â - Dispositivo de acordo c om as r iivindica- çõe s 22 ou 23, car acterizado por a ligação à te rra Íos canais de saíd a (22,25;23, 26) estar interrompida num se gmenl :o parcial ( s2 ), e os canais de salda (22,25;23,26) ne. 3ta zona (24) est arem dispostos paralelamente entre si a uma distância compreendida entre 2,5 e 3 m, e por os canais de saí( ia 21

   (22,25;23,26) estarem bifurcados nesta zona e de cada um deles partir uma 2ã conduta de evacuaçao (29,30). - 25â - Dispositivo de acordo com a r eivindica- çao 24 , caracterizado por os canais de saída (22 ,25;23,26) antes e depois do segmento parcial, terem um afastament mínimo de 3 m. - 26a - Dispositivo de acordo com uma das rei- vindicaçoes 22 a 25, caracterizado por os canais de saída (22,25;23,26 ) possuírem, antes do segmento parcial, um diâmetro de 8 a 12 cm, possuírem no segmento parcial um diâmetro alargado, de preferência, com uma secção transversal 1,3 a 3 vezes maior, e depois da ramificaçao das condutas de evacuaçao (29,30) possuírem, pelo contrário, apenas 3 a 5% da maior secção transversal. - 27â - Dispositivo de acordo com qualquer das reivindicações 24 a 26, caracterizado por o tanque de alimentaçao (14), o segundo reservatório (17), os eléctrodos (19.20) , os canais de saída e/ou os tubos de saída (13,16,21, 22,23,25,26,29,30) estarem revestidos com plástico, de preferência com PVC. - 28a - Dispositivo de acordo com qualquer das reivindicações 22 a 27, caracterizado por os eléctrodos (19.20) opostos estarem construídos como paredes do segundo reservatório (17) e por este possuir essencialmente uma estrutura prismática com uma base voltada para baixo. - 29â - Dispositivo de acordo com qualquer 22 das reivindicações 22 a 28, caracterizado por os eléctrodos (19,20), na sua zona inferior (zona de salda), estarem dobrados para fora. - 30â - Dispositivo de acordo com qualquer das reivindicações 22 a 29, or do segundo res ervatório conduta de saída (21) que 8 cm. - 315 Dispositivo de acordo com qualquer das reivindicações 22 a 30, caracterizado por o tanque de alimentaçao (14) possuir vários filtros (15) e/ou bacias de depósito do lodo. 32§ - de de (39 a 41). Dispositivo de acordo com qualquer das reivindicações 22 a 31, caracterizado por o dispositivo separaçao (33,34) ser constituído por vários recipientes reacçao, recipientes de separaçao e recipientes colectores A requerente reivindica a prioridade do pedido alemão apresentado em 19 de Abril de 1989, sob o Ne. P 39 12 793.1. Lisboa, 19 de Abril de 1990 .*(1, * -- η— ----^r-T—

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