ES2553969T3 - Utilización de desechos de desalinización - Google Patents

Utilización de desechos de desalinización Download PDF

Info

Publication number
ES2553969T3
ES2553969T3 ES09827050.7T ES09827050T ES2553969T3 ES 2553969 T3 ES2553969 T3 ES 2553969T3 ES 09827050 T ES09827050 T ES 09827050T ES 2553969 T3 ES2553969 T3 ES 2553969T3
Authority
ES
Spain
Prior art keywords
ammonia
reaction
ammonium chloride
brine
sodium bicarbonate
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
ES09827050.7T
Other languages
English (en)
Inventor
Linda Yuan Zou
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Adelaide University
Original Assignee
University of South Australia
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from AU2008906021A external-priority patent/AU2008906021A0/en
Application filed by University of South Australia filed Critical University of South Australia
Application granted granted Critical
Publication of ES2553969T3 publication Critical patent/ES2553969T3/es
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01D—COMPOUNDS OF ALKALI METALS, i.e. LITHIUM, SODIUM, POTASSIUM, RUBIDIUM, CAESIUM, OR FRANCIUM
    • C01D7/00—Carbonates of sodium, potassium or alkali metals in general
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01C—AMMONIA; CYANOGEN; COMPOUNDS THEREOF
    • C01C1/00—Ammonia; Compounds thereof
    • C01C1/16—Halides of ammonium
    • C01C1/164—Ammonium chloride
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01D—COMPOUNDS OF ALKALI METALS, i.e. LITHIUM, SODIUM, POTASSIUM, RUBIDIUM, CAESIUM, OR FRANCIUM
    • C01D7/00—Carbonates of sodium, potassium or alkali metals in general
    • C01D7/12—Preparation of carbonates from bicarbonates or bicarbonate-containing product
    • C01D7/123—Preparation of carbonates from bicarbonates or bicarbonate-containing product by thermal decomposition of solids in the absence of a liquid medium

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Separation Using Semi-Permeable Membranes (AREA)
  • Treatment Of Water By Ion Exchange (AREA)
  • Treating Waste Gases (AREA)

Abstract

Procedimiento para producir carbonato de sodio a partir de desechos de salmuera, incluyendo dicho procedimiento hacer reaccionar los desechos de salmuera con dióxido de carbono y amoníaco para producir bicarbonato de sodio y cloruro de amonio en una mezcla de reacción, incluyendo dicho procedimiento: i. separar el bicarbonato de sodio de la mezcla de reacción para producir bicarbonato de sodio y un primer licor madre que contiene cloruro de amonio; ii. calentar el bicarbonato de sodio separado de la mezcla de reacción para producir carbonato de sodio; iii. tratar el primer licor madre para producir agua purificada y un cloruro de amonio concentrado; y iv. tratar el cloruro de amonio concentrado con una resina de intercambio aniónico básica para regenerar amoníaco adecuado para su utilización en la reacción; en el que por lo menos una parte del amoníaco se regenera a partir de cloruro de amonio producido durante la reacción.

Description

5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60
65
DESCRIPCION
Utilizacion de desechos de desalinizacion.
Campo de la invencion
La presente invencion se refiere a un procedimiento para la produccion de ceniza de soda (carbonato de sodio, Na2CO3) utilizando corrientes salinas residuales y, opcionalmente, gases de desecho con dioxido de carbono (CO2) procedentes de fuentes de combustion. Se conocen tecnologfas relacionadas por los documentos WO 2008/110405 A2, WO 2007/094691 A1 y WO 2007/139392 A1.
Antecedentes de la invencion
La adecuacion de suministros adecuados de agua dulce es un problema permanente y creciente en todo el mundo. En muchos pafses, se utiliza un proceso de desalinizacion de agua salina, como agua de mar, agua salobre o aguas residuales salinas industriales, para suministrar agua dulce. Solo en Australia, se preve que en el ano 2013 se produzcan aproximadamente 460 gigalitros anuales de agua potable en plantas de desalinizacion.
Habitualmente, en las plantas de desalinizacion se utilizan membranas de osmosis inversa (RO) para desalinizar agua de mar, aguas subterraneas salobres y/o aguas residuales salinas industriales. El principal objetivo del proceso de desalinizacion es reducir la concentracion de sal (cloruro de sodio, NaCl) en el agua salina a menos de 0,5 gramos por litro (g/l), adecuados para el agua potable. Habitualmente, la concentracion de sal del agua de mar es de 35-45 g/l.
Lamentablemente, la aplicacion de procesos de desalinizacion para producir agua dulce a partir de agua salina presenta una serie de problemas medioambientales. Por ejemplo, uno de los subproductos del proceso de desalinizacion son los desechos de salmuera, que habitualmente presentan una concentracion de sal de aproximadamente 70 g/l. La corriente lfquida de desechos de salmuera altamente salina tiene que eliminarse, y entre los metodos habituales para hacerlo se incluyen la devolucion al mar, el vertido en el alcantarillado, la inyeccion en pozos profundos, la aplicacion a la tierra o el traslado a estanques de evaporacion. En todos los casos, la eliminacion de los residuos supone significativos costes economicos y/o medioambientales.
Idealmente, los desechos de salmuera procedentes de los procesos de desalinizacion deberfa utilizarse para formar otros materiales con valor anadido.
La referencia a cualquier tecnica anterior en la presente memoria no es ni un reconocimiento ni cualquier otra forma de sugerencia de que dicha tecnica anterior forme parte del conocimiento general comun en ningun pais, y no debe ser tomada como tal.
Caracterfsticas de la invencion
La presente invencion surge del descubrimiento de que los desechos de salmuera y, opcionalmente, los gases de desecho con dioxido de carbono procedentes de fuentes de combustion se pueden utilizar como materiales de partida en un procedimiento de produccion de carbonato de sodio.
La presente invencion da a conocer un procedimiento segun se define en la reivindicacion 1 para producir carbonato de sodio a partir de desechos de salmuera, que comprende hacer reaccionar desechos de salmuera con dioxido de carbono y amonfaco para obtener carbonato de sodio, en el que, por lo menos, una parte del amonfaco se regenera a partir del cloruro de amonio producido durante la reaccion.
El procedimiento comprende recoger el bicarbonato de sodio producido durante la reaccion y calentarlo para producir el carbonato de sodio. Ademas, el cloruro de amonio producido durante la reaccion se trata con una resina de intercambio anionico basica (tal como una resina de intercambio anionico de base debil) para regenerar el amonfaco. Esta regeneracion tiene lugar tras un tratamiento adicional (tal como concentracion) del cloruro de amonio producido durante la reaccion.
Tal como se utiliza en la presente memoria, el termino “salmuera residual” se refiere a una solucion salina con una concentracion de cloruro de sodio comprendida entre aproximadamente 50 g/l y aproximadamente 250 g/l, ambos inclusive. Ventajosamente, los desechos de salmuera pueden ser una corriente de desechos procedente de una planta de desalinizacion, tal como una planta de desalinizacion por osmosis inversa.
El procedimiento tambien puede comprender el tratamiento de los desechos de salmuera para eliminar, por lo menos, algunos de los cationes inorganicos no deseados (tales como los iones de calcio, magnesio y estroncio) presentes en los desechos de salmuera antes de la reaccion con dioxido de carbono y amonfaco. Los cationes inorganicos no deseados presentes en los desechos de salmuera se pueden eliminar parcial o totalmente uniendolos de forma selectiva a un agente aglutinante, tal como una resina de intercambio cationico.
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60
Preferentemente, el dioxido de carbono que se utiliza en el procedimiento de la presente invencion se obtiene a partir de una corriente de gas de desecho derivada, directa o indirectamente, de fuentes de combustion, tales como centrales electricas a carbon o a gas o a diesel, acerfas o refinerfas de petroleo. En esta forma de realizacion, el dioxido de carbono se puede tratar para eliminar algunos o todos los contaminantes gaseosos que puedan estar presentes en la corriente de gas.
La reaccion de cloruro de sodio y dioxido de carbono para producir carbonato de sodio esta catalizada por el amonfaco y, en la presente invencion, por lo menos una parte del amonfaco que se utiliza como catalizador se regenera a partir del cloruro de amonio producido durante la reaccion. Tal como se ha mencionado anteriormente, idealmente, el cloruro de amonio producido durante la reaccion se filtra, tras recoger el bicarbonato de sodio, mediante un filtro de alta presion, tal como una membrana de osmosis inversa, a fin de obtener agua purificada, que puede reutilizarse, y al mismo tiempo concentrar la solucion de cloruro de amonio restante. Ademas, posteriormente la solucion concentrada de cloruro de amonio se trata con una base para regenerar amonfaco adecuado para su reutilizacion en la reaccion y, en una forma de realizacion, dicha base es una resina de intercambio anionico.
Tal como se ha mencionado anteriormente, por lo menos una parte del amonfaco que se utiliza en la reaccion de los desechos de salmuera y el dioxido de carbono es amonfaco regenerado. A este respecto, el amonfaco regenerado puede representar, por lo menos, el 10%, y preferentemente una cantidad comprendida entre el 20% y el 80%, del amonfaco necesario para la reaccion. Idealmente, todo el amonfaco regenerado se devuelve al reactor y se anade una cantidad de amonfaco fresco para ajustar la fuerza de la solucion de amonfaco a lo que requiere la reaccion. Por consiguiente, se aprecia que la cantidad de amonfaco fresco utilizada en el reactor depende de los parametros de funcionamiento de cada operacion individual que utilice el procedimiento de la presente invencion.
Las reacciones qufmicas basicas involucradas en el procedimiento de la presente invencion son similares a las del proceso Solvay, que se utiliza actualmente a nivel industrial para producir carbonato de sodio. El proceso Solvay tradicional produce carbonato de sodio a partir de salmuera concentrada (como fuente de cloruro de sodio (NaCl)) y piedra caliza (como fuente de carbonato de calcio (CaCO3)).
Lamentablemente, sin embargo, el proceso Solvay tradicional es un proceso con un gran coste energetico. En primer lugar, el reactivo dioxido de carbono gaseoso se obtiene mediante el calentamiento de la piedra caliza en un horno para que se desprenda dioxido de carbono gaseoso. Esta etapa tiene un gran coste energetico, no solo porque consume mucha energfa termica (habitualmente, requiere 2,2-2,8 GJ/tonelada de carbonato de sodio), sino tambien porque genera un exceso de dioxido de carbono, un gas de efecto invernadero (habitualmente, 200-400 kg/tonelada de carbonato de sodio), que suele liberarse a la atmosfera.
Tal como se ha mencionado, la salmuera utilizada como material de partida en el proceso Solvay tradicional es una solucion concentrada de salmuera, habitualmente con una concentracion de sal de aproximadamente 300 g/l. Sin embargo, hemos descubierto que la salmuera con una concentracion de sal significativamente menor puede utilizarse con exito en un proceso Solvay modificado para producir carbonato de sodio. Esto lleva al resultado, positivo desde el punto de vista medioambiental, de que se puede utilizar desechos de salmuera como material de partida en la produccion de carbonato de sodio.
Ventajosamente, en el procedimiento de la presente invencion, los desechos de salmuera pueden ser una corriente de desechos procedente de una planta de desalinizacion. Las plantas de desalinizacion se utilizan para reducir la concentracion de sal del agua de mar, el agua salobre, las aguas residuales salinas industriales y similares. La planta de desalinizacion puede ser una planta de desalinizacion por osmosis inversa, en cuyo caso los desechos de salmuera pueden tener una concentracion de cloruro de sodio mayor de aproximadamente 50 g/l y menor de aproximadamente 250 g/l. En algunas formas de realizacion de la presente invencion, la concentracion de cloruro de sodio de los desechos de salmuera es mayor de aproximadamente 50 g/l y menor de aproximadamente 250 g/l. En otras formas de realizacion, el lfmite inferior de este intervalo puede ser 60 g/l, 70 g/l, 80 g/l, 90 g/l o 100 g/l.
Por lo tanto, la presente invencion tambien da a conocer un procedimiento para producir carbonato de sodio que comprende las siguientes etapas:
a) proporcionar desechos de salmuera con una concentracion de cloruro de sodio comprendida entre aproximadamente 50 g/l y aproximadamente 250 g/l;
b) tratar los desechos de salmuera para eliminar, por lo menos, algunos de los cationes inorganicos no deseados presentes, obteniendose unos desechos de salmuera pretratados;
c) hacer reaccionar los desechos de salmuera pretratados con dioxido de carbono en presencia de amonfaco, una parte del cual, por lo menos, es amonfaco regenerado en la etapa (g);
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60
65
d) separar el bicarbonato de sodio producido durante la reaccion de los desechos de salmuera con dioxido de carbono de la mezcla de reaccion para obtener bicarbonato de sodio recogido y un primer licor madre, que contiene cloruro de amonio;
e) calentar el bicarbonato de sodio recogido para obtener carbonato de sodio;
f) filtrar el primer licor madre para obtener agua purificada y un segundo licor madre, que contiene cloruro de amonio concentrado; y
g) tratar el segundo licor madre para regenerar amonfaco adecuado para su utilizacion en la reaccion de la etapa (c).
Por supuesto, mediante los procesos descritos anteriormente se produce carbonato de sodio. El carbonato de sodio es un producto qufmico importante en el sector industrial. Se utiliza para regular el pH en muchas corrientes de procesos qufmicos. Por ejemplo, es la sustancia alcalina mas ampliamente utilizada en la fabricacion de otros productos alcalinos, sales de sodio, vidrio, jabon, silicatos de sodio, detergentes, bicarbonatos, bicromatos, celulosa y rayon, hierro y acero, aluminio, compuestos de lavado, productos textiles y colorantes, farmacos y muchos otros materiales. Tambien se utiliza como sustancia alcalina para usos domesticos y como producto de lavado en polvo para lavanderfas. Se utiliza en la fabricacion de vidrio, productos qufmicos como los silicatos y fosfatos de sodio, la industria papelera y de la pasta de papel, la fabricacion de detergentes y para el tratamiento del agua. La mayor capacidad de amortiguacion del carbonato de sodio en comparacion con la sosa caustica ofrece ventajas para el ajuste de los intervalos de pH de las aguas residuales de las plantas industriales.
La presente invencion da a conocer un enfoque mas sostenible de la produccion de carbonato de sodio. En primer lugar, el procedimiento de la presente invencion utiliza desechos de salmuera como material de partida, con lo que mejora la necesidad de eliminar los desechos de salmuera de las plantas de desalinizacion del modo habitual. En segundo lugar, la presente invencion tambien es capaz de liberar, por lo menos, una pequena parte del agua contenida en unos desechos de salmuera como agua purificada para su reutilizacion. En tercer lugar, la presente invencion puede utilizar dioxido de carbono obtenido de las emisiones de una fuente de combustion, tal como una central electrica a carbon o a gas o a diesel, una acerfa o una refinerfa de petroleo, como material de partida para la reaccion. Por ultimo, y en contraste con el proceso Solvay tradicional, el proceso de la presente invencion no requiere la utilizacion de piedra caliza ni de la lechada de cal posterior.
Breve descripcion de las figuras
A continuacion, la presente invencion se describe segun una forma de realizacion preferida, algunos aspectos de la cual se ilustran en las figuras adjuntas. En las figuras:
la figura 1 es un diagrama de flujo general de un procedimiento para producir carbonato de sodio segun la presente invencion;
la figura 2 es un diagrama de flujo detallado de un procedimiento para producir carbonato de sodio segun la presente invencion;
la figura 3 es un grafico que representa una comparacion de diferentes concentraciones de carbonato de sodio en su utilizacion como solucion regenerante para una resina de intercambio ionico; y
la figura 4 es un diagrama que representa la relacion de conversion del bicarbonato de sodio (NaHCO3) para diferentes concentraciones iniciales de salmuera.
Descripcion de una forma de realizacion preferida
La presente invencion da a conocer un procedimiento para producir carbonato de sodio a partir de desechos de salmuera. El procedimiento comprende el tratamiento de los desechos de salmuera con dioxido de carbono y amonfaco en determinadas condiciones para producir carbonato de sodio. En este contexto, el termino ceniza de soda se refiere a una composicion que contiene mayoritariamente carbonato de sodio (Na2CO3). Dicha ceniza de soda puede no ser carbonato de sodio puro y puede contener otros compuestos, entre ellos, por ejemplo, bicarbonato de sodio (NaHCO3).
Haciendo referencia a la figura 1, los desechos de salmuera 10 procedentes de una planta de desalinizacion 12 se introducen en un recipiente de reaccion 14. Los desechos de salmuera 10 pueden someterse al procedimiento de la presente invencion in situ en una planta de desalinizacion, o pueden almacenarse y/o envasarse para su transporte a una instalacion de procesamiento situada en otro lugar. Por supuesto, a fin de reducir los costes y el impacto medioambiental del transporte, idealmente los desechos de salmuera se tratan in situ en una planta de desalinizacion.
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60
65
De hecho, debe apreciarse asimismo que los desechos de salmuera pueden obtenerse de corrientes residuales procedentes de otras plantas de desalinizacion, entre ellas plantas que utilizan procesos de desalinizacion termicos, tales como destilacion subita multietapa (MFD), destilacion multiefecto (MED) y compresion mecanica de vapor (MVC). Todos estos procesos generan corrientes de salmuera concentrada que pueden ser utilizadas para la produccion de carbonato de sodio, tal como se describe en el presente documento.
El dioxido de carbono 16, que se obtiene de las emisiones de una fuente de combustion 18, se introduce en el recipiente de reaccion 14 y se hace pasar a traves de los desechos de salmuera 10 en el recipiente. Idealmente, el dioxido de carbono 16 se obtiene de las emisiones de centrales electricas a carbon o a gas o a diesel, acerfas, refinerfas de petroleo y similares. El amonfaco 20 tambien se introduce en el recipiente de reaccion 14 y se hace pasar a traves de los desechos de salmuera 10. Habitualmente, el amonfaco 20 se introduce en el recipiente de reaccion 14 en primer lugar, seguido de la introduccion del dioxido de carbono 16. El proceso de reaccion global es:
NaCl + CO2 + NH3 + H2O ^ NaHCO3 + NH4Cl
La reaccion de los desechos de salmuera 10 con el dioxido de carbono 16 y el amonfaco 20 tambien se puede llevar a cabo en dos etapas. En la primera etapa, el amonfaco 20 se burbujea a traves de los desechos de salmuera 10, de modo que es absorbido por la misma y da lugar a salmuera amoniacal. En la segunda etapa, el dioxido de carbono 16 se burbujea a traves de la salmuera amoniacal.
Durante la reaccion, o despues de la misma, el bicarbonato de sodio (NaHCO3) precipita en la solucion. El bicarbonato de sodio precipita porque, en una solucion basica, es menos soluble en agua que el cloruro de sodio. El amonfaco (NH3) tampona la solucion a un pH basico; sin el amonfaco, el subproducto de acido clorhfdrico harfa que la solucion se volviera acida y se detendrfa la precipitacion.
El bicarbonato de sodio que precipita en la reaccion se filtra con un filtro 24 y a continuacion se seca, obteniendose un precipitado de bicarbonato de sodio seco 22. A continuacion, dicho precipitado de bicarbonato de sodio seco 22 se convierte en carbonato de sodio por calcinacion (160-230°C), produciendose agua y dioxido de carbono como subproductos, de acuerdo con el siguiente proceso:
2 NaHCO3 ^ Na2CO3 + H2O + CO2
El agua y el dioxido de de carbono que se producen durante esta etapa final de calcinacion (que no se muestra en la figura 1) pueden capturarse y reutilizarse como material de partida en el proceso, o pueden alimentarse directamente al proceso, segun se requiera.
La solucion restante del recipiente de reaccion 14 contiene cloruro de amonio (NH4Cl). En el proceso Solvay tradicional, el licor madre obtenido tras la filtracion se hace reaccionar con cal viva (oxido de calcio (CaO)) sobrante de la etapa de calcinacion (CaCO3 ^ CO2 + CaO) para regenerar el amonfaco, que se recicla a la solucion de salmuera inicial. Lamentablemente, tal como se ha mencionado anteriormente, este paso genera grandes cantidades de solidos de cloruro de calcio, que suelen verterse a una via acuatica. En el procedimiento general de la presente invencion, que se ilustra en la figura 1, el amonfaco se regenera a partir del cloruro de amonio haciendo pasar la solucion que contiene cloruro de amonio a traves de una etapa de regeneracion, tal como una resina de intercambio anionico 26. En esta etapa de regeneracion no se generan residuos solidos y, por lo tanto, el impacto medioambiental del proceso se reduce aun mas.
Haciendo referencia a continuacion al diagrama de flujo, con mayor detalle, de la figura 2, se observa que, en algunas formas de realizacion, el procedimiento tambien puede incluir el tratamiento de los desechos de salmuera 10 para eliminar, por lo menos, algunos de los cationes inorganicos no deseados presentes en los desechos de salmuera antes de su tratamiento con dioxido de carbono y amonfaco en el reactor 14. Entre los ejemplos de cationes inorganicos no deseados, que son iones que pueden interferir en el procedimiento de produccion de carbonato de sodio, se incluyen, aunque sin limitarse a los mismos, iones de calcio, magnesio o estroncio.
Al menos algunos de los cationes inorganicos no deseados presentes en los desechos de salmuera 10 se pueden eliminar uniendolos de forma selectiva a un agente aglutinante. Asf, el diagrama de flujo de la figura 2 muestra como los desechos de salmuera atraviesan dos procesos de tratamiento por intercambio cationico, en los que los desechos de salmuera se tratan con un agente aglutinante que se enlaza selectivamente a iones de calcio, un agente aglutinante que se enlaza selectivamente a iones de magnesio y/o un agente aglutinante que se enlaza selectivamente a iones estroncio. En esta forma de realizacion, el agente aglutinante es una resina de intercambio cationico. Por ejemplo, la resina de intercambio cationico puede ser una resina AMBERLITE IRC748, que es una resina de intercambio cationico quelante de acido iminodiacetico con una alta selectividad para el calcio, el magnesio y el estroncio.
Ademas, en algunas plantas de desalinizacion por osmosis inversa, es una practica estandar introducir en el agua de mar de alimentacion un antiincrustante, tal como acido poliacrflico, para evitar la incrustacion de las membranas. Los antiincrustantes son rechazados por la membrana de filtracion y permanecen en los desechos de salmuera.
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60
65
Tambien puede utilizarse una resina de intercambio anionico para eliminar estos antiincrustantes y otras materias organicas. Esta etapa puede ser, alternativamente, una etapa de absorcion con carbono activado, una etapa de oxidacion avanzada o una combinacion de todas las etapas descritas.
El dioxido de carbono gaseoso 16 utilizado en la reaccion puede bombearse directamente desde su fuente al recipiente de reaccion 14, que contiene la solucion de salmuera amoniacal. Alternativamente, el dioxido de carbono gaseoso se puede capturar en otro sitio y almacenarse en un recipiente apropiado (tal como un cilindro) para transportarlo al lugar donde se llevara a cabo la reaccion.
En algunos casos, cuando el dioxido de carbono gaseoso procede de una corriente de desechos, puede ser deseable someter a un lavado de gases dicha corriente de desechos a fin de eliminar algunos o todos los posibles contaminantes gaseosos que puedan estar presentes en la misma. Entre los ejemplos de contaminantes gaseosos que puede ser necesario eliminar se incluyen los oxidos de nitrogeno (NOx) y el dioxido de azufre (SO2). En algunos casos, las impurezas de NO2 y SO2 pueden convertirse en iones nitrato y sulfato. Las sales sodicas de estos iones son mas solubles que el bicarbonato de sodio, por lo que permanecen en la solucion y finalmente pueden eliminarse, por ejemplo, mediante filtracion por membrana antes de la reutilizacion del agua.
Al menos una parte del amonfaco 20 que se utiliza para tratar los desechos de salmuera se puede obtener de cualquier fuente adecuada. Sin embargo, el amonfaco procedente del cloruro de amonio producido durante la reaccion en el recipiente de reaccion 14 se regenera y luego se reutiliza, por lo que el amonfaco asf regenerado se reutiliza, de tal modo que, por lo menos, una parte del amonfaco utilizado en la reaccion es amonfaco regenerado.
En el diagrama de flujo de la figura 2, el cloruro de amonio producido durante la reaccion se filtra (tras la filtracion 26 para recoger el bicarbonato de sodio formado a partir de los desechos de salmuera, el dioxido de carbono y el amonfaco en el recipiente 14) en un filtro de membrana 27 para concentrar la solucion de cloruro de amonio. A continuacion, este concentrado se trata con una base en un proceso de intercambio ionico 26 para generar amonfaco adecuado para su reutilizacion en la reaccion. En este proceso de intercambio ionico puede utilizarse cualquier base adecuada. Ventajosamente, la base es una resina de intercambio anionico de base debil.
Por ejemplo, el cloruro de amonio concentrado se puede hacer pasar a traves de una columna que contiene una resina de intercambio anionico, tal como AMBERLYST A23 o AMBERLITE IR 45, que son resinas de intercambio anionico de base debil granulares altamente porosas, ambas con una capacidad alcalina suficiente para ser utilizadas para la regeneracion del amonfaco, o tal como AMBERLITE IRA 400, una resina de intercambio anionico de base fuerte. Los iones cloruro del concentrado seran absorbidos y los iones hidroxilo de la resina se intercambiaran hacia el concentrado. El efluente de la columna de resina de intercambio anionico contiene amonfaco con alta alcalinidad y puede ser devuelto (a traves de la corriente 29) al reactor de carbonizacion.
El carbonato de sodio (ceniza de soda) tambien se puede utilizar para regenerar la resina de intercambio anionico utilizada, tal como se representa esquematicamente en la figura 2 mediante la etapa 31. Las resinas de intercambio anionico de base debil se pueden regenerar de manera eficiente con una solucion de carbonato de sodio mucho mas debil, tal como de carbonato de sodio al 1% (cabe senalar que la concentracion de regeneracion recomendada es del 5% de carbonato de sodio). Los experimentos han demostrado que, tras una diferencia inicial, el efluente de ambas resinas se estabiliza rapidamente al mismo pH. Esto significa que la resina tiene la misma capacidad utilizable en ambas condiciones de regeneracion. La ventaja de la concentracion menor es que se desperdicia mucho menos material (se reduce cinco veces el consumo de productos qufmicos). A este respecto, se apreciara tambien que el residuo alcalino producido en la regeneracion de la resina cationica de base debil (etapa 25) se puede utilizar para regenerar la resina de intercambio anionico de base debil (etapa 26).
La presente invencion evita la necesidad de utilizar lechada de cal y destilacion por arrastre con vapor, que tienen un gran coste energetico, para la regeneracion del amonfaco, como ocurre en el proceso Solvay tradicional. La resina de intercambio anionico de base debil se puede regenerar mediante una sustancia alcalina debil residual, disponible a traves de diversas industrias, tales como las cenizas volantes alcalinas procedentes de la combustion del lignito o la escoria de acerfa.
Teniendo particularmente en cuenta la utilizacion de las resinas de intercambio anionico basicas, se han llevado a cabo ensayos en las resinas de intercambio anionico de base debil para confirmar que tienen el mayor potencial posible para ser regeneradas mediante sustancias alcalinas debiles residuales.
Con este objetivo, se ha probado la AMBERLITE IR 45 con la concentracion de carbonato de sodio de regeneracion recomendada, del 5%, y con una solucion mucho mas debil, del 1% de carbonato de sodio. Se evaluaron la cantidad necesaria de regenerante y el grado de regeneracion de la resina. Esto se hizo haciendo pasar la solucion regenerante a traves de la resina hasta que el efluente tenia un pH lo mas cercano posible al del regenerante y lavando a continuacion con agua desionizada hasta que el efluente tenia un pH neutro. Para ambas soluciones, fueron necesarios 8 volumenes de lecho de solucion regenerante. A continuacion, se introdujo una solucion de cloruro de sodio al 5% y se controlo el pH del efluente.
5
10
15
20
25
30
35
40
45
Los diagramas de estos experimentos (vease la figura 3) ponen de manifiesto que, tras una diferencia inicial, el efluente de ambas resinas se estabiliza rapidamente al mismo pH. Esto significa que la resina tiene la misma capacidad utilizable en ambas condiciones de regeneracion.
La ventaja de la concentracion menor es que se desperdicia mucho menos material (se reduce cinco veces el consumo de productos qufmicos). Esto se debe, probablemente, a que el pH de una solucion de carbonato de sodio al 5% es de 11,5, mientras que el de una solucion al 1% es de 11,1. Esta pequena diferencia se debe al equilibrio de disociacion de carbonato y agua para dar anion hidroxido. Dado que el material activo en esta solucion no es el sodio (Na+), sino el ion hidroxido (OH-), hay poca diferencia entre las concentraciones reales y las dos se encuentran en exceso con respecto a la necesaria.
Descripcion de un ejemplo
Con el fin de ilustrar una forma de realizacion de la presente invencion, se llevo a cabo el siguiente trabajo experimental, cuyos resultados se presentan en la siguiente tabla 1, llevandose a cabo principalmente dicho trabajo con el fin de investigar los efectos de las concentraciones de CO2 y las concentraciones de salmuera.
El procedimiento experimental fue el siguiente:
1) Preparacion de la solucion de reaccion - se peso NaCl preparado con diferentes concentraciones y se introdujo en un matraz en concentraciones de 216 g/l, 147 g/l, y 100 g/l. Se anadieron al matraz 125 ml de solucion acuosa de amonio al 28% y 275 ml de agua miliQ. El matraz se tapo y el NaCl se disolvio utilizando un agitador magnetico. La solucion se transfirio a una botella de lavado de gases y se cubrio, y durante 15 minutos la botella de lavado se introdujo en un bano ajustado a una temperatura de 20°C.
2) Mezcla gaseosa - se ajustaron cilindros de gas suministradores de CO2, N2, SO2 y NO2 con controladores de caudal masico (basados en el concepto “multibus”) para determinados caudales y para las relaciones de mezcla deseadas. El porcentaje de CO2 se ajusto al 5%, 7,5%, 10% y 15% para simular las condiciones industriales previstas y, correspondientemente, los porcentajes de N2 se ajustaron al 95%, 92,5%, 90% y 85%, respectivamente), tras lo cual el tubo de gas se conecto a la botella de lavado de gases.
3) Reaccion qufmica - la reaccion qufmica se dejo proceder hasta el equilibrio (durante aproximadamente 15 horas), tras lo cual se cerro el gas y se desconecto el tubo de gas. La solucion de reaccion se dejo reposar durante una noche en la botella de lavado de gases para la cristalizacion.
4) Filtrado - la solucion de reaccion se mezclo bien en la botella de lavado de gases y se descargo en un dispositivo de filtracion por membrana. El material recogido por el filtro se retiro al cabo de 30 minutos y se coloco en un plato de evaporacion.
5) Secado - el plato de evaporacion se coloco en una campana de humos a 298 K para su secado y el producto se peso tras 2 dfas de secado.
El trabajo experimental puso de manifiesto la siguiente relacion entre las concentraciones de CO2 y NaCl y la velocidad de reaccion del proceso, que muestra una velocidad de reaccion ideal para concentraciones de CO2 mayores de aproximadamente el 7,5% y concentraciones de NaCl mayores de aproximadamente 147 g/l.
imagen1
Leyenda
15%
Reaccion lenta
10%
m Reaccion moderada
7.5%
Reaccion rapida
lOOg/L
147g/L
216g/L
Ademas, el trabajo experimental mostro las siguientes recuperaciones comparativas de la relacion entre las concentraciones de CO2 y las concentraciones de NaCl, lo que confirma la produccion de NaHCO3 a diferentes concentraciones de NaCl y CO2.
Datos presentados en el orden de las concentraciones de CO2
Concentracion de NaCl (g/l) Porcentaje de CO2 Tiempo total de equilibrio Producto sin lavar
216-15
216 15 10 h 13,36
216-15
216 15 20 h 39,68
100-15
100 15 14 h 12,06
147-10
147 10 14 h 9,84
100-10
100 10 15 h 5,67
147-7,5
147 7,5 15 h 7,47
100-7,5
100 7,5 Mas de 20 h 4,48
216-5
216 5 Mas de 20 h 7,84
147-5
147 5 Mas de 20 h 6,13
Datos presentados en el orden de las concentraciones de NaCl
Concentracion de NaCl (g/l) Porcentaje de CO2 Tiempo total de equilibrio Producto sin lavar
216-15
216 15 10 h 13,36
216-15
216 15 20 h 39,68
216-5
216 5 Mas de 20 h 7,84
147-10
147 10 14 h 9,84
147-7,5
147 7,5 15 h 7,47
147-5
147 5 Mas de 20 h 6,13
100-15
100 15 14 h 12,06
100-10
100 10 15 h 5,67
100-7,5
100 7,5 Mas de 20 h 4,48
5
Se apreciara que la figura 4 representa la relacion de conversion a bicarbonato de sodio en funcion de la concentracion inicial de Na+. La figura 4 muestra que las relaciones de conversion, representadas como (Co - Ce)/Co, aumentaron con el aumento de la concentracion de Na+ con una tendencia de perfil logarftmico.
10 Por ultimo, se apreciara que el experto en la materia apreciara diversas modificaciones y variaciones de los metodos y composiciones de la invencion descrita en la presente memoria sin apartarse del alcance de la presente invencion. Aunque la presente invencion se ha descrito haciendo referencia a formas de realizacion preferidas especfficas, debe apreciarse que la presente invencion, tal como se reivindica, no debe limitarse indebidamente a dichas formas de realizacion especfficas. De hecho, se pretende que diversas modificaciones de los modos descritos para llevar a 15 cabo la presente invencion, evidentes para los expertos en la materia, esten comprendidas dentro del alcance de la presente invencion.

Claims (12)

  1. 5
    10
    15
    20
    25
    30
    35
    40
    45
    50
    REIVINDICACIONES
    1. Procedimiento para producir carbonato de sodio a partir de desechos de salmuera, incluyendo dicho procedimiento hacer reaccionar los desechos de salmuera con dioxido de carbono y amonfaco para producir bicarbonato de sodio y cloruro de amonio en una mezcla de reaccion, incluyendo dicho procedimiento:
    i. separar el bicarbonato de sodio de la mezcla de reaccion para producir bicarbonato de sodio y un primer licor madre que contiene cloruro de amonio;
    ii. calentar el bicarbonato de sodio separado de la mezcla de reaccion para producir carbonato de sodio;
    iii. tratar el primer licor madre para producir agua purificada y un cloruro de amonio concentrado; y
    iv. tratar el cloruro de amonio concentrado con una resina de intercambio anionico basica para regenerar amonfaco adecuado para su utilizacion en la reaccion;
    en el que por lo menos una parte del amonfaco se regenera a partir de cloruro de amonio producido durante la reaccion.
  2. 2. Procedimiento segun la reivindicacion 1, en el que el primer licor madre se trata sometiendo el primer licor madre a una etapa de filtracion a alta presion.
  3. 3. Procedimiento segun la reivindicacion 1 o 2, en el que 20 a 80% del amonfaco utilizado en la reaccion es amonfaco regenerado.
  4. 4. Procedimiento segun la reivindicacion 1 o 2, en el que por lo menos 10% del amonfaco utilizado en la reaccion es amonfaco regenerado.
  5. 5. Procedimiento segun cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en el que los desechos de salmuera presentan una concentracion de cloruro de sodio superior a 50 g/l e inferior a 250 g/l.
  6. 6. Procedimiento segun cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, en el que los residuos de salmuera son una corriente de desechos procedente de una planta de desalinizacion, o deriva de una corriente de desechos procedente de una planta de desalinizacion.
  7. 7. Procedimiento segun cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, en el que por lo menos la mayorfa del dioxido de carbono utilizado en la reaccion se obtiene a partir de un gas de desecho de una fuente de combustion.
  8. 8. Procedimiento segun cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, que incluye el pretratamiento de los desechos de salmuera para eliminar por lo menos algunos de los cationes inorganicos no deseados presentes en los desechos de salmuera antes del tratamiento con dioxido de carbono y amonfaco.
  9. 9. Procedimiento segun la reivindicacion 8, en el que los cationes inorganicos no deseados se seleccionan de entre el grupo que consiste en iones de calcio, magnesio y estroncio.
  10. 10. Procedimiento segun la reivindicacion 8 o 9, en el que los cationes inorganicos no deseados presentes en los desechos de salmuera se eliminan parcial o totalmente uniendo de manera selectiva estos iones con un agente aglutinante.
  11. 11. Procedimiento segun la reivindicacion 10, en el que el agente aglutinante es una resina de intercambio cationico.
  12. 12. Procedimiento segun cualquiera de las reivindicaciones 1 a 11, en el que la resina de intercambio anionico basica es una resina de intercambio anionico de base debil.
ES09827050.7T 2008-11-21 2009-11-20 Utilización de desechos de desalinización Active ES2553969T3 (es)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
AU2008906021 2008-11-21
AU2008906021A AU2008906021A0 (en) 2008-11-21 Utilisation of desalination waste
PCT/AU2009/001512 WO2010057261A1 (en) 2008-11-21 2009-11-20 Utilisation of desalination waste

Publications (1)

Publication Number Publication Date
ES2553969T3 true ES2553969T3 (es) 2015-12-15

Family

ID=42197755

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
ES09827050.7T Active ES2553969T3 (es) 2008-11-21 2009-11-20 Utilización de desechos de desalinización

Country Status (9)

Country Link
US (1) US8741249B2 (es)
EP (1) EP2361224B1 (es)
JP (1) JP2012509237A (es)
CN (1) CN102282106B (es)
AU (1) AU2009317875B2 (es)
CA (1) CA2744264A1 (es)
ES (1) ES2553969T3 (es)
IL (1) IL213005A (es)
WO (1) WO2010057261A1 (es)

Families Citing this family (25)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
ES2390166B1 (es) * 2011-02-23 2013-09-19 Abengoa Water, S.L.U. Procedimiento de tratamiento de salmuera.
US20130216467A1 (en) * 2012-02-22 2013-08-22 Idea International Investment And Development Company Method of producing soda ash and calcium chloride
CN103435075B (zh) * 2013-08-20 2015-04-22 湖北双环科技股份有限公司 碳化塔水洗方法及其装置
KR101375987B1 (ko) * 2013-09-10 2014-03-19 소재한 해수담수화 역삼투압 농축 폐액과 합성천연가스 부생가스를 이용한 소다회의 제조방법
WO2015085353A1 (en) * 2013-12-12 2015-06-18 Reid Systems (Australia) Pty Ltd Method and apparatus for removing carbon dioxide from flue gas
US9475000B2 (en) * 2014-09-11 2016-10-25 Qatar University Carbon dioxide mineralization using reject brine
EP3006400B1 (en) * 2014-10-09 2017-12-13 Solvay SA Process for producing ammonia
CN104556155B (zh) * 2014-12-25 2016-03-16 唐山三友化工股份有限公司 利用氯碱尾料和氨碱尾料生产纯碱的方法
US10118843B2 (en) 2015-08-18 2018-11-06 United Arab Emirates University Process for capture of carbon dioxide and desalination
RU2647931C2 (ru) * 2015-11-27 2018-03-21 Федеральное Казенное Предприятие "Авангард" Способ переработки твердых отходов производства кальцинированной соды аммиачным методом
US11247940B2 (en) 2016-10-26 2022-02-15 The Regents Of The University Of California Efficient integration of manufacturing of upcycled concrete product into power plants
CN107200337B (zh) * 2017-05-25 2019-05-07 中国中轻国际工程有限公司 一种含小苏打硝盐卤水生产纯碱工艺
US11230473B2 (en) 2017-06-30 2022-01-25 The Regents Of The University Of California CO2 mineralization in produced and industrial effluent water by pH-swing carbonation
EP3668820A4 (en) 2017-08-14 2021-05-05 The Regents of the University of California, A California Corporation MITIGATION OF THE ALKALISILICA REACTION IN CONCRETE USING EASILY SOLUBLE CHEMICAL ADDITIVES
CN110407351B (zh) * 2018-04-27 2022-07-12 国家能源投资集团有限责任公司 一种含盐废水的处理方法
US11384029B2 (en) 2019-03-18 2022-07-12 The Regents Of The University Of California Formulations and processing of cementitious components to meet target strength and CO2 uptake criteria
CN111977673A (zh) * 2020-07-29 2020-11-24 山东海天生物化工有限公司 一种小苏打生产工艺
CN112374509B (zh) * 2020-11-19 2023-05-09 山东海天生物化工有限公司 一种纯碱生产用精盐水的精制工艺
WO2023069370A1 (en) 2021-10-18 2023-04-27 The Regents Of The University Of California Integration of direct air capture system into co2 mineralizaton process of concretes and aggregates
WO2023158879A1 (en) 2022-02-21 2023-08-24 Carbonbuilt Methods and systems for biomass-derived co 2 sequestration in concrete and aggregates
EP4508020A1 (en) 2022-04-12 2025-02-19 CarbonBuilt Process for production of hydraulic-carbonating binder systems through mechanochemical activation of minerals
US12203184B2 (en) 2022-07-18 2025-01-21 The Regents Of The University Of California Multi-chambered electrochemical cell for carbon dioxide removal
TW202432895A (zh) 2023-01-31 2024-08-16 美國加利福尼亞大學董事會 氧選擇性陽極
CN116102211B (zh) * 2023-02-21 2025-05-27 广东邦普循环科技有限公司 一种电池正极材料前驱体合成废水处理方法
CN117361566A (zh) * 2023-10-27 2024-01-09 河南省氟基新材料科技有限公司 一种高纯氟化铵水溶液的制备方法

Family Cites Families (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US1570299A (en) * 1922-05-01 1926-01-19 Pittsburgh Plate Glass Co Ammonia soda process
US3368866A (en) * 1962-08-13 1968-02-13 Solvay Process for the manufacture of sodium carbonate
BE621370A (es) * 1962-08-13
JPS4918798A (es) * 1972-06-05 1974-02-19
US3926559A (en) * 1973-08-06 1975-12-16 Dow Chemical Co Method and apparatus for quantitative chromatographic analysis of cationic species
JPS5163379A (en) * 1974-11-30 1976-06-01 Tokuyama Soda Kk Yoionno sentakutekidenkitosekiho
JPS53117693A (en) * 1977-03-24 1978-10-14 Tokuyama Soda Co Ltd Production of sodium bicarbonate
US4367140A (en) * 1979-11-05 1983-01-04 Sykes Ocean Water Ltd. Reverse osmosis liquid purification apparatus
US4430311A (en) * 1979-11-19 1984-02-07 The Dow Chemical Co. Alumina compounds in ion exchange resins
US6180012B1 (en) * 1997-03-19 2001-01-30 Paul I. Rongved Sea water desalination using CO2 gas from combustion exhaust
US6334990B1 (en) * 1999-10-21 2002-01-01 Airborne Industrial Minerals Inc. Formulation of potassium sulfate, sodium carbonate and sodium bicarbonate from potash brine
NO319666B1 (no) 2000-06-16 2005-09-05 Enpro As Fremgangsmate til fjerning av salt fra saltholdig vann, samt anvendelse derav
NO20060807L (no) * 2006-02-17 2007-08-20 Omar Chaalal Fremgangsmate til rensing av saltvann
US20070264183A1 (en) 2006-05-10 2007-11-15 Sincono Ag Oil-bearing sands and shales and their mixtures as starting substances for binding or decomposing carbon dioxide and nox, and for preparing crystalline silicon and hydrogen gas, and for producing nitride, silicon carbide, and silanes
NO20062465L (no) * 2006-05-30 2007-12-03 Omar Chaalal Method and for cleaning of gases and uses thereof
EP2134811A2 (de) * 2007-03-15 2009-12-23 Silicon Fire AG Verfahren und vorrichtung zum binden von gasförmigem co2 und zur rauchgasbehandlung mit natriumcarbonatverbindungen

Also Published As

Publication number Publication date
JP2012509237A (ja) 2012-04-19
WO2010057261A1 (en) 2010-05-27
US20110268633A1 (en) 2011-11-03
AU2009317875B2 (en) 2015-09-17
US8741249B2 (en) 2014-06-03
CN102282106B (zh) 2013-12-04
IL213005A0 (en) 2011-07-31
IL213005A (en) 2016-02-29
AU2009317875A1 (en) 2010-05-27
CA2744264A1 (en) 2010-05-27
EP2361224A1 (en) 2011-08-31
EP2361224A4 (en) 2013-03-06
EP2361224B1 (en) 2015-07-08
CN102282106A (zh) 2011-12-14

Similar Documents

Publication Publication Date Title
ES2553969T3 (es) Utilización de desechos de desalinización
US11827542B2 (en) Buffer-free process cycle for CO2 sequestration and carbonate production from brine waste streams with high salinity
AU2016308615B2 (en) Process for capture of carbon dioxide and desalination
RU2724779C1 (ru) Способ комплексной переработки попутных вод нефтяных месторождений
JP2014528886A (ja) 気体二酸化炭素のアルカリ及び／又はアルカリ土類重炭酸塩水溶液への変換
CN101252982A (zh) 阳离子卤化物的制备和用途以及二氧化碳的吸纳
KR102453047B1 (ko) 아민계 흡수제의 구조적 특성을 활용한 탄산칼슘 성상제어 및 해수담수화 폐수 활용 co2 재이용 기술
RU2660864C2 (ru) Способ получения карбоната лития из литийсодержащих природных рассолов
CN104302774A (zh) 利用二氧化碳的碳酸氢盐化合物的酶增强的制备
CN105473209A (zh) 一种固定二氧化碳的方法
WO2024080132A1 (ja) 二酸化炭素の固定化方法
BG61108B1 (bg) Метод за получаване на карбонати на алкални метали
US20250214873A1 (en) Method for removing carbon dioxide
RU2538843C2 (ru) Применение мембранного процесса обработки твердых отходов-извести для получения гидроксида натрия
KR102593100B1 (ko) 생활 폐기물로부터 얻은 칼슘원을 이용한 폐수 내 중금속 제거방법 및 제거 시스템
SU1766846A1 (ru) Способ ум гчени воды
WO2025037307A1 (en) Method for reducing boron species in desalinated water
JP2002066548A (ja) 排水の処理方法
RU2244593C1 (ru) Способ утилизации регенератов na-катионитных фильтров
IL312223A (en) A process for preparing ammonium bromide
IL309699A (en) Process for preparing sodium bromide
Sahu Neutralization of Red Mud Using CO2 Sequestration and their Utilizations
UA144495U (uk) Спосіб пом'якшення і знесолення шахтної води