WO2015169990A1 - Procedimiento y equipo de depuración de agua contaminada por aceite térmico y recuperación del mismo - Google Patents

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Definitions

  • the present invention relates to a process of purification of water contaminated by thermal oil and recovery of thermal oil, after accidental pouring onto water.
  • thermal oil would be used in solar thermal elements as a means of heat transfer (Heat Transfer Fluid, HTF).
  • thermal power plants In thermal power plants, a thermal oil is usually used as a heat transmitter, constituting the fluid used to transfer the heat captured from solar radiation, by means of parabolic cylinders.
  • Accidental spills on soils or thermal oil waters in a solar thermal power plant are inevitable in many cases, constituting an environmental and safety and health problem for workers.
  • the water contaminated by thermal oil is evacuated by an authorized agent since it is a hazardous waste. The cost of this withdrawal is high and in no case does the thermal power plant recover the thermal oil discharged, with the added economic loss that it entails.
  • Coalescing filters, membranes ... etc . By themselves they produce a poor result, so they are usually complemented with activated carbon filters. They also hardly recover thermal oil.
  • An example of thermal oil used would be a eutectic mixture of biphenyl (Ci 2 H 10 ) and diphenyl oxide (Ci 2 H 10 O), which adopts different states in the water depending on its temperature. This thermal oil is very toxic to aquatic organisms, and can cause long-term adverse effects in the environment. It also irritates the respiratory tract and the skin, and its decomposition can generate traces of benzene and phenol, which are equally toxic.
  • the applicant does not know of any solution that allows efficient recovery of thermal oil in the process of purification of water contaminated with it.
  • the applicant also does not know an optimized purification process for waters contaminated with thermal oil.
  • the invention consists of a process of purification of water contaminated by thermal oil and recovery of thermal oil, as well as the equipment for carrying out both actions, as defined in the claims. That is, the invention relates to a thermal oil recovery process, the one used in solar thermal equipment, and the purification of contaminated water, which is formed by at least three stages. First, cooling the water and oil mixture below the oil freezing temperature. This cooling will never take place below the freezing point of water (0 e C). Then the precipitated or suspended thermal oil is recovered in the cooled contaminated water. This is then carried out to the water purification final contaminated, which can be by an absorption filtrate and then an adsorption filtrate by activated carbon.
  • the recovery may include a mechanical filtration, accompanied or not with other options, for example by a series of graduated metal filters from greater to lesser step, with a decrease in the size of the matrix to 25 ⁇ . This will be helped by the crystallized thermal oil. In addition, the useful life of the filter will be extended by having to remove a smaller amount of thermal oil.
  • the cooling will depend on the thermal oil to be separated, but in the case of a eutectic mixture of biphenyl and diphenyl oxide, it is recommended that the mixture be brought to a temperature below the freezing point of the oil (12 e C), preferably between 0 and 5 e C, and more preferably 3-4 e C. Other thermal oils will use this temperature range or others.
  • the invention also relates to the equipment for carrying out the process of recovery of the thermal oil described and the purification of the water contaminated by it.
  • This will therefore and consecutively comprise: a cooling unit, capable of bringing the mixture to the indicated temperatures; a phase separation unit (mechanical filtration), which will include the aforementioned metal filters, for the recovery of the part of precipitated or suspended thermal oil in the contaminated water; and purification elements of contaminated water, usually a unit of absorption filters; and an adsorption filter unit (activated carbon unit).
  • Figure 1 is included, with a scheme of the process of purification of water contaminated by thermal oil and recovery thereof.
  • the process for water purification and oil recovery has a first phase common to both objectives, which is cooling (2).
  • the mixture (1) of contaminated water and thermal oil is cooled to a temperature below the freezing point of the thermal oil.
  • the non-soluble part of the thermal oil in water solidifies.
  • water purification is reduced due to the removal of part of the thermal oil.
  • the cooling (2) can be carried out in multiple ways.
  • graduated metal filters will be arranged from greater to lesser step, with decrease of the matrix size up to 25 ⁇ . These filters will assist in the recovery (3) of the solidified thermal oil.
  • the procedure is assisted by pumps, so that the water circulates under pressure and can pass through all the filters with the loss of load involved.
  • the temperature to which the mixture (1) of oil and water must be cooled depends on the degree of efficiency that is to be achieved in the purification process. Lowering it below its freezing point will be recoverable.
  • the freezing temperature is 12 e C, under which the thermal oil can be recovered. Being below 5 e C, but guaranteeing the non-freezing of water, better results are obtained. An optimum working temperature for this thermal oil will be 3-4 e C.
  • the absorption filters (6) can be radial (such as those sold under the OilBIock brand (produced by Twin Filter BV, The Netherlands)), to absorb thermal oil, which is assisted by the temperature of the water, which has crystallized Thermal oil In this way, it is not difficult to obtain filtering yields of the order of 99%.
  • the result after cold precipitation and absorption filtration, has a very homogeneous concentration of pollutant, practically independent of the amount of thermal oil that was initially, so the next phase is optimized, the passage through the adsorption filters comprised in an activated carbon unit (7).
  • the activated carbon unit (7) by adsorption, the odors and colors of the water are eliminated, and the possible rest of the water contamination.
  • the yield of active carbon increases when cold water is found.
  • the concentration of the contamination has been homogenized at the exit of the absorption filtering phase, stable retention times in the activated carbon unit may be set, the last phase not being subject to concentration fluctuations. It will also allow for better planning for the replacement or regeneration of active carbon once it is saturated.
  • the concentration of thermal oil in the water will be very reduced, and the adsorption filters and residence times can be designed to obtain values below the environmental standards.
  • the product can already be considered as purified water (8).
  • the equipment required to carry out this procedure will comprise a cooling unit, a phase separation unit (mechanical filtration) for the recovery (3) of the part (4) of precipitated or suspended thermal oil in the contaminated water (5), an absorption filter unit (6), and an adsorption filter unit (activated carbon unit (7)).

Abstract

Procedimiento depuración de agua contaminada por aceite térmico y recuperación del mismo (por ejemplo una mezcla eutéctica de bifenilo y óxido de difenilo), formado por una fase de enfriamiento (2) (a una temperatura entre el punto de congelación del aceite térmico y el del agua) de la mezcla (1) de agua y aceite térmico, seguida de una recuperación (3) de la parte (4) de aceite térmico congelada (precipitada o en suspensión) mediante filtrado mecánico. A continuación, el resto de agua contaminada se depura en unos filtros de absorción y unos filtros de adsorción de carbón activo. El equipo requerido para ejecutar este procedimiento comprenderá una unidad de enfriamiento, una unidad de separación de fases mediante filtrado mecánico para la recuperación (3) de la parte (4) de aceite térmico congelada, una unidad de filtros de absorción (6), y una unidad de filtros de adsorción (unidad de carbón activo) (7).

Description

Procedimiento y equipo de depuración de agua contaminada por aceite térmico y recuperación del mismo.
Sector de la técnica.
La presente invención se refiere a un procedimiento de depuración de agua contaminada por aceite térmico y de recuperación del aceite térmico, tras su vertido accidental sobre agua. Un ejemplo de aceite térmico sería el utilizado en elementos termosolares como medio de transmisión de calor (Heat Transfer Fluid, HTF).
Es de aplicación en la industria de las energías renovables y de la depuración de aguas industriales.
Estado de la técnica conocido.
En centrales termosolares se suele utilizar un aceite térmico como transmisor de calor, constituyendo el fluido utilizado para realizar la transferencia del calor captado de la radiación solar, mediante cilindros parabólicos. Los vertidos accidentales sobre suelos o aguas de aceite térmico en una central termosolar son inevitables en muchos casos, constituyendo un problema medioambiental y de seguridad y salud para los trabajadores. Actualmente en muchas centrales el agua contaminada por el aceite térmico es evacuada mediante gestor autorizado ya que se trata de un residuo peligroso. El coste de esta retirada es elevado y en ningún caso la central termosolar recupera el aceite térmico vertido, con la pérdida económica añadida que supone.
Por otro lado, si no se retira mediante gestor autorizado existen diversas técnicas para la depuración del agua.
• Depuración mediante filtros de carbón activo: esta técnica no recupera el aceite térmico, y se adapta mal a los cambios en la concentración de contaminante, por ser difícil de planificar los tiempos de retención en el filtro del agua contaminada. Además, la saturación del filtro puede ser muy prematura a causa de la adsorción del aceite térmico no diluido. No está optimizada la eficacia del filtro.
i • Depuración mediante separadores de grasas: esta técnica recupera muy difícilmente el aceite térmico. No se utiliza para recuperar aceite. En muchos casos se suele acabar diluyendo el agua contaminada para que los parámetros de salida cumplan la normativa. No presenta resultados óptimos.
• Filtros coalescentes, membranas... etc.: Por sí solos producen un resultado pobre, por lo que se suelen complementar con filtros de carbón activo. Igualmente recuperan difícilmente el aceite térmico. Un ejemplo de aceite térmico usado sería una mezcla eutéctica de bifenilo (Ci2H10) y óxido de difenilo (Ci2H10O), que adopta en el agua distintos estados dependiendo de la temperatura de la misma. Este aceite térmico es muy tóxico para los organismos acuáticos, y puede provocar a largo plazo efectos negativos en el medio ambiente. Igualmente irrita las vías respiratorias y la piel, y su descomposición puede generar trazas de benceno y fenol, igualmente tóxicos.
Por lo tanto, debe impedirse que el aceite pase al medio ambiente.
El solicitante no conoce ninguna solución que permita recuperar eficientemente el aceite térmico en el proceso de depuración del agua contaminada con el mismo. El solicitante tampoco conoce un proceso de depuración optimizado para aguas contaminadas con aceite térmico.
Breve explicación de la invención.
La invención consiste en un procedimiento de depuración de agua contaminada por aceite térmico y recuperación del aceite térmico, así como el equipo para llevar a cabo ambas acciones, según se define en las reivindicaciones. Es decir, la invención se refiere a un procedimiento de recuperación de aceite térmico, del utilizado en equipamiento termosolar, y de la depuración del agua contaminada, que está formado por al menos tres etapas. En primer lugar, enfriamiento de la mezcla de agua y aceite por debajo de la temperatura de congelación del aceite. Éste enfriamiento nunca se realizará por debajo del punto de congelación del agua (0eC). Después se procede a la recuperación del aceite térmico precipitado o en suspensión en el agua contaminada enfriada. Ésta se lleva seguidamente a la depuración del agua contaminada final, la cual puede ser por un filtrado de absorción y a continuación un filtrado de adsorción mediante carbón activo.
La recuperación podrá comprender un filtrado mecánico, acompañado o no de otras opciones, por ejemplo mediante una serie de filtros metálicos graduados de mayor a menor paso, con descenso del tamaño de matriz hasta los 25μηι. Éste se verá ayudado por estar el aceite térmico cristalizado. Además, se prolongará la vida útil del filtro por tener que retirar menor cantidad de aceite térmico. La refrigeración dependerá del aceite térmico a separar, pero en el caso de una mezcla eutéctica de bifenilo y óxido de difenilo, se recomienda que la mezcla se lleve a una temperatura por debajo del punto de congelación del aceite (12eC), preferentemente entre 0 y 5eC, y más preferentemente 3-4eC. Otros aceites térmicos usarán este rango de temperaturas u otros.
La invención también se refiere al equipo para llevar a cabo el procedimiento de recuperación de aceite térmico reseñado y la depuración del agua contaminada por el mismo. Éste comprenderá por lo tanto y de forma consecutiva: una unidad de enfriamiento, capaz de llevar la mezcla hasta las temperaturas indicadas; una unidad de separación de fases (filtrado mecánico), que incluirá los filtros metálicos comentados, para la recuperación de la parte de aceite térmico precipitada o en suspensión en el agua contaminada; y elementos de depuración del agua contaminada, normalmente una unidad de filtros de absorción; y una unidad de filtro de adsorción (unidad de carbón activo).
Descripción de los dibujos.
Para una mejor comprensión de la invención, se incluye la figura 1 , con un esquema del procedimiento de depuración de agua contaminada por aceite térmico y recuperación del mismo.
Modos de realización de la invención.
A continuación se pasa a describir de manera breve un modo de realización de la invención, como ejemplo ilustrativo y no limitativo de ésta, usando la figura adjunta como referencia. Para recuperar el aceite térmico y depurar el agua, el proceso para la depuración del agua y recuperación del aceite tiene una primera fase común a ambos objetivos que es el enfriamiento (2). La mezcla (1 ) de agua contaminada y aceite térmico se enfría hasta una temperatura inferior al punto de congelación del aceite térmico. De esta manera la parte no soluble del aceite térmico en agua solidifica. Al solidificar precipita al fondo del recinto donde se efectúa el enfriamiento (2) pudiendo proceder a la recuperación (3) de esta parte (4) del aceite térmico, que es mayor en términos económicos que la parte que permanece en el agua contaminada (5). Además se abarata la depuración del agua por haber retirado parte del aceite térmico.
El resto del aceite térmico del agua permanece disuelto o en forma de trazas. Gracias al enfriamiento (2) se favorecerá la formación de cristales de la fracción disuelta del aceite lo cual optimizará el procedimiento de depuración posterior.
El enfriamiento (2) puede llevarse a cabo de múltiples formas.
Para la salida del agua contaminada (5) con el resto de aceite térmico disuelto de la cámara de enfriamiento, se dispondrán filtros metálicos graduados de mayor a menor paso, con descenso del tamaño de matriz hasta los 25μηι. Estos filtros asistirán en la recuperación (3) del aceite térmico solidificado.
El procedimiento está asistido por bombas, para que el agua circule en presión y pueda atravesar todos los filtros con la pérdida de carga que suponen.
La temperatura hasta la que debe ser enfriada la mezcla (1 ) de aceite y agua depende del grado de eficacia que se quiera alcanzar en el proceso de depuración. Rebajándola por debajo de su punto de congelación ya será recuperable.
En el caso de la mezcla eutéctica de bifenilo y óxido de difenilo, la temperatura de congelación es de 12eC, bajo la cual ya se puede recuperar el aceite térmico. Situándose por debajo de los 5eC, pero garantizando la no congelación del agua, se obtienen mejores resultados. Una temperatura óptima de trabajo para este aceite térmico será de 3-4eC. Una vez ha finalizado la fase de enfriamiento, puede procederse a la retirada del aceite térmico congelado, mediante el filtrado mecánico ya indicado, para su posterior reutilización. De esta forma se habrá alcanzado el objetivo de recuperación de la mayor parte (4) del aceite térmico vertido en el agua. El agua contaminada pasará a una fase de depuración, como la que se describe a continuación.
Para proceder a la depuración del agua contaminada (5) se continúa el procedimiento mediante su paso por filtros de absorción (6) de aceite. Los filtros de absorción (6) pueden ser radiales (como los comercializados bajo la marca OilBIock (producido por Twin Filter B.V, Países Bajos)), para absorber el aceite térmico, lo cual es asistido por la temperatura del agua, que ha hecho cristalizar el aceite térmico. De esta forma, no resulta difícil obtener rendimientos de filtrado del orden de 99%.
A su vez el resultado, tras la precipitación por frío y el filtrado de absorción, posee una concentración de contaminante muy homogénea, prácticamente independiente de la cantidad de aceite térmico que hubiese inicialmente, por lo que se optimiza la siguiente fase, el paso por los filtros de adsorción de comprendidos en una unidad de carbón activo (7). En la unidad de carbón activo (7), mediante adsorción, se eliminan los olores y colores del agua, y el posible resto de contaminación del agua. Al igual que en la fase anterior, el rendimiento del carbón activo aumenta al encontrarse el agua fría.
Al haberse homogeneizado la concentración de la contaminación a la salida de la fase de filtrado de absorción, se podrá fijar tiempos de retención estables en la unidad de carbón activo, no estando sujeta la última fase a fluctuaciones de concentración. Igualmente permitirá una mejor planificación para la sustitución o regeneración del carbón activo una vez éste se encuentre saturado. A la salida de la fase de filtros de absorción, la concentración de aceite térmico en el agua resultará muy reducida, pudiendo diseñarse los filtros de adsorción y tiempos de residencia en éstos para obtener valores por debajo de las normas medioambientales. Se podrá considerar el producto ya como agua depurada (8). Por lo tanto, el equipo requerido para llevar a cabo este procedimiento comprenderá una unidad de enfriamiento, una unidad de separación de fases (filtrado mecánico) para la recuperación (3) de la parte (4) de aceite térmico precipitada o en suspensión en el agua contaminada (5), una unidad de filtros de absorción (6), y una unidad de filtros de adsorción (unidad de carbón activo (7)).

Claims

Reivindicaciones
1 - Procedimiento depuración de agua contaminada por aceite térmico y recuperación del mismo, del utilizado en equipamiento termosolar y con temperatura de congelación
5 del aceite térmico superior a 0eC, de una mezcla (1 ) de aceite térmico y agua, caracterizado por que comprende las etapas de:
a) Enfriamiento (2) de la mezcla (1 ) por debajo de la temperatura de congelación del aceite;
b) Recuperación (3) de la parte (4) de aceite térmico precipitada o en suspensión del agua 10 contaminada (5);
c) Depuración del agua contaminada (5).
2- Procedimiento, según la reivindicación 1 , caracterizado por que la depuración del agua contaminada (5) se realiza mediante las etapas de:
I5d) Filtrado de absorción del agua contaminada (5);
e) Filtrado de adsorción, mediante carbón activo, del agua contaminada proveniente del filtro de absorción (6).
3- Procedimiento, según la reivindicación 1 ó 2, caracterizado por que la recuperación 20 de la parte (4) de aceite térmico comprende filtrado mecánico.
4- Procedimiento, según la reivindicación 3, caracterizado por que el filtrado mecánico comprende una serie de filtros metálicos graduados de mayor a menor paso, con descenso del tamaño de matriz hasta los 25μηι.
25
5- Procedimiento, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que el enfriamiento se realiza hasta una temperatura de entre 0 y 12eC.
6- Procedimiento, según la reivindicación 5, caracterizado por que el enfriamiento se 30 realiza hasta una temperatura de entre 0 y 5eC.
7- Procedimiento, según la reivindicación 6, caracterizado por que el enfriamiento se realiza hasta una temperatura de entre 3 y 4eC.
35 8- Procedimiento, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que el aceite térmico es una mezcla eutéctica de bifenilo y óxido de difenilo. 9- Equipo para llevar a cabo el procedimiento de depuración de agua y recuperación del aceite térmico de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, caracterizado por que comprende una unidad de enfriamiento de la mezcla (1 ), una unidad de separación de fases para la recuperación (3) de la parte (4) de aceite térmico precipitada o en suspensión en el agua contaminada (5), y elementos de depuración del agua contaminada (5).
10- Equipo, según la reivindicación 9, caracterizado por que los elementos de depuración del agua contaminada son una unidad de filtros de absorción (6), y una unidad de filtros de adsorción, dispuestas consecutivamente.
1 1 - Equipo, según la reivindicación 9 ó 10, caracterizado por que la unidad de separación de fases comprende una serie de filtros metálicos graduados de mayor a menor paso, con descenso del tamaño de matriz hasta los 25μηι.
12- Equipo, según cualquiera de las reivindicaciones 9 a 1 1 , caracterizado por que la unidad de enfriamiento reduce la temperatura de la mezcla (1 ) de agua y aceite térmico hasta una temperatura de entre 0 y 12eC.
13- Equipo, según la reivindicación 12, caracterizado por que la unidad de enfriamiento reduce la temperatura de la mezcla (1 ) de agua y aceite térmico hasta una temperatura de entre 0 y 5eC. 14- Equipo, según la reivindicación 13, caracterizado por que la unidad de enfriamiento reduce la temperatura de la mezcla (1 ) de agua y aceite térmico hasta una temperatura de entre 3 y 4eC.
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