MX2007003302A - Instalacion de desalinacion de agua de mar. - Google Patents

Abstract

La presente invencion se refiere a una instalacion de desalinacion de agua de mar con una cascada de cuerpos de evaporacion, los cuales estan interconectados a traves del sistema de suministro de lineas de tuberia para agua de mar salina. Cada cascada es suministrada con vacio. El agua de mar es suministrada a los cuerpos de evaporacion despues de que pasan las cascadas, de manera que se evaporan sucesivamente. Para el mejoramiento del balance de energia de la instalacion, se pretende construir un arreglo de intercambiadores de calor (WT) al menos, en la linea de tuberias de suministro del agua de mar y para conectar una bomba de calor (WP) con uno o varios de los intercambiadores de calor (WT).

Description

INSTALACIÓN DE DESALINACION DE AGUA DE MAR CAMPO DE LA INVENCIÓN La invención se refiere a una instalación de desalinación de agua de mar.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN En las instalaciones de desalinación de agua de mar, es familiar manejar con el proceso de arreglo Instantáneo de Etapas Múltiples (MSF) , por ejemplo, que se basa en el principio de la evaporación a vacio: Para usar la energía requerida de manera eficiente, se desarrollan procedimientos de desalinación comercial, de manera que el proceso de destilación se repite en varias etapas. La presión y nivel de temperatura, se disminuyen sucesivamente de etapa a etapa. El agua salda (agua de alimentación salina) que fluye después de un tratamiento químico bajo para evitar depósitos, es calentada progresivamente en el arreglo de precalentamiento (intercambiador de calor de atado de tubos) y alcanza el calentador final (calentador de salmuera) . El agua se llega a calentar dentro del calentador final por asistencia de energía de calor, normalmente a vapor en 90°C-110°C. No se desea una temperatura superior, puesto que el sulfato de calcio (CaS04), especialmente alrededor de 115°C, es segregado del agua salada y se ocasionan depósitos fuertes que pueden conducir a la detención de las instalaciones. El agua calentada ahora se pasa en la primera etapa de evaporación. Aqui, la presión ambiental es reducida en una forma que una parte del agua en un instante es vaporizada (instantánea) . En el intercambiador de calor de atado de tubos, el vapor de agua se condensa y calienta el agua salada que fluye en la dirección opuesta adicionalmente. El destilado recibido se captura y se deriva separadamente. La salmuera restante es bombeada en el siguiente recipiente, en donde el mismo proceso toma lugar nuevamente sobre nivel de temperatura y presión inferior. Los sistemas MSF típicos, contienen entre 15 y 25 etapas y producen entre 4,000-100,00 m3 por dia de agua dulce. Como los procedimientos aplicables adicionales a la desalinación de agua de mar, se conocen la destilación de efectos múltiples (MED) y procedimientos en base a la osmosis-reversión en una membrana (Osmosis inversa o RO) .

SUMARIO DE LA INVENCIÓN Con relación a la evaluación energética y económica de las instalaciones de desalinación de agua de mar, se ha tomado en cuenta lo siguiente.

La mayoría de estas instalaciones de desalinación de agua de mar que acumulan grandes escalas, son instalaciones de destilación, las cuales requiere vapor a baja presión como fuente de calor. Desde el punto de vista termodinámico y económico, por lo tanto, es importante unir instalaciones de desalinación de agua de mar y centrales combinadas de energía en instalaciones, en donde el vapor a alta presión generado para producción de la corriente eléctrica en el turbo generador, y el vapor a baja presión o vapor extraído de las turbinas de vapor, se usan para suministrar la instalación de destilación. La construcción y el manejo de tales instalaciones combinadas con la planta de energía y la desalinación de agua de mar, requieren mayores gastos financieros. Los operadores deben tomar en cuenta muchos factores relevantes, si se eligen la mejor combinación técnicamente y económicamente de las instalaciones, y una distribución útil de los costos de producción completos deben tomar logar con relación a la electricidad y agua dulce. La siguiente tabla puede- ayudar a la evaluación energética de los procedimientos de desalinación de agua de mar: En vista de la consideración energética, el proceso de membrana (RO) funciona mejor que los procesos térmicos (MSF, MED) , puesto que solamente en el proceso de destilación se requiere la energía térmica. Los ámbitos mencionados en la tabla, son dependientes del tipo de instalación y del tamaño de la instalación, debido a que con la eficiencia de instalación de enjuague (tipo de instalación) y cantidad de vapor de enjuague (tamaño de instalación) , la energía específica necesaria se disminuye. La siguiente tabla puede ayudar a la evaluación económica de los procedimientos de desalinación de agua de mar: En vista de las consideraciones económicas, el proceso de membrana (RO) , no funciona significantemente mejor que el proceso térmico, MED, puesto que en el proceso de destilación, los costos de mantenimiento son disminuidos. Los filtros usados en los procesos de membrana tienen solamente un ciclo de vida de cinco años, que conduce a costos elevados. Los ámbitos listados en la tabla, no dependen del tipo de instalación y el tamaño de la instalación, sino son dependientes del tipo usado de energía (gas, aceite, energía nuclear) . Para el proceso de selección de la concepción de una instalación de desalinación de agua de mar, por lo tanto, diferentes parámetros son por consiguiente considerados. Partiendo de los aspectos nombrados anteriormente, se puede formular ahora el criterio de elección para el objetivo del proyecto elegido. 1. Desalinación del agua de mar al extremo de la condición de pureza. 2. Consumo de energía al nivel más bajo posible. 3. Aplicación de un proceso aprobado. 4. Opciones para dimensionar el consumo medio . 5. Opciones para producción por medio de tecnología libremente accesible. 6. Mejoramiento del proceso por nuevas tecnologías. Los siguientes argumentos hablan en beneficio de los procedimientos térmicos : - Punto 1, puesto que el mismo ha alcanzado un contenido de sal residual desde < 50 ppm, - Punto 3, puesto que es tecnología intentada desde aproximadamente 50 años en uso, - Punto 4, debido a que los procesos de dimensionamiento requeridos son mientras tanto, un tanto sofisticados, y - punto 5, puesto que está disponible una gran experiencia en el antecedente con el procesamiento de metal necesario. El siguiente argumento habla en beneficio del proceso de Osmosis Inversa: - Punto 2, solamente en necesaria energía eléctrica, sin embargo, con la desventaja de elevados costos de corriente para mantenimiento y duración del negocio, lo que críticamente se refiere específicamente a tamaños de instalación más pequeñas. Finalmente, la selección es dependiente del uso de las nuevas tecnologías para mejoramiento del proceso. En los últimos años, se introduce tecnología de plantas combinadas de calor y energía, y sus bombas de calor crucialmente para la selección del proceso de MSF, como una base para un nuevo concepto de MSDP (Planta de Desalinación de Tamaño Mediano) . El problema a ser resuelto por , la invención, resulta especialmente del mejoramiento de los procesos conocidos acerca de la producción de agua potable a partir de agua salda (desalinación de agua de mar) desde el punto de vista energético y la creación de un ahorro de costos y eficientemente para manejar la instalación. La solución del problema es definir después las características de la reivindicación 1 (proceso) y reivindicación 10 (dispositivo) . Se mencionan en las sub-reivindicaciones, desarrollos ventajosos. Las implementaciones adicionales describen una instalación con técnica MSF para la desalinación, una bomba de calor situada corriente abajo y una central combinada de calor y energía a la producción de la energía térmica y eléctrica necesaria para operar los estados de MSF y las bombas necesarias e instalaciones de control. La instalación en esta forma, se puede correr auto-suficiente solamente requiriendo el suministro de combustibles fósiles. Es posible' también un soporte para operación completa por energía solar. Por dimensionamiento adecuado, es posible un suministro de energía eléctrica.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS En lo siguiente, la invención es ejemplarmente explicada con base a las figuras . Aquí se muestra En la Figura 1, un esquema en la evaporación a vacío, En la Figura 2, una exhibición esquemática de la instalación de desalinación de agua de mar inventiva, En la Figura 3, una tabla del análisis termodiná ico de una cascada de MSF, En la Figura 4, un esquema de una bomba de calor, En la Figura 5, un esquema de una central combinada de calor y energía, En la Figura 6, un diagrama acerca del transporte de energía y En la Figura 7, un diagrama acerca de la recuperación de calor.

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN El concepto de instalación apropiado a la invención se describe como sigue. La instalación se basa en el método de la evaporación para tener desalinación al menos, sin residuo. En el proceso básico, se usa expansión en etapas o la tecnología de destilación instantánea de etapas múltiples. La construcción de un recipiente usado para evaporación a vacío, se representa en la Figura 1. Aquí es representado: Entrada de agua de mar: Agua de mar (agua salda) que entra de la etapa previa, la cual impone la condensación del vapor en el intercambiador de calor. Salida de agua de mar: Agua de mar calentada (agua salada) se deja para la siguiente etapa. Entrada de agua Agua de mar parcialmente residual: evaporada, que entra de la etapa previa, la cual se evaporará adicionalmente . Salida de agua Agua salada parcialmente residual: evaporada, la cual se enfría y la cual no dría ser evaporada y se conducirá a la siguiente etapa. Bomba de vacío: Tubería de entrada a la bomba de vacío, la cual genera el vapor requerido para el proceso de evaporación por medio de una válvula de control.

Por razones de compensación de principio de desventajas condicionales del bajo volumen, comparada con las instalaciones actuales, en la producción de energía de calor, una bomba de calor y una planta de calor y energía son insertadas, las cuales se desarrollan técnicamente con completo significado en los últimos años. La planta de calor y energía hoy en día es un estándar disponible en sistemas de calentamiento y proporciona energía y corriente eléctrica económicamente, en conjunto con alta eficiencia. La bomba de calor a través de la explotación de un ambiente de energía, puede reducir el calentamiento necesario y es suministrado con energía eléctrica por la planta de calor y energía. La planta de calor y energía también suministra corriente eléctrica por bombas, sistemas de control, etc. La bomba de calor funciona en un intervalo de temperaturas hasta 60°C, preferiblemente, por lo tanto, puede ser usada muy efectivamente para reducción de la diferencia de temperatura también en las etapas inferiores de las cámaras MSF. Los mejoramientos comparados con las instalaciones convencionales son: - dimensionamiento en demanda actual, es decir, sin sobreproducción - espacio de suelo inferior requerido aplicación de energía progresiva - uso de tecnologías más nuevas en el área de intercambiador de calor - para ser operado como instalación permanente sola sin central de energía normalmente requerida. Los mejoramientos en detalle médico son - Utilización de recuperación de energía por medio de la bomba de calor Ajuste de las curvas de temperatura que se refieren a las etapas de expansión entre la evaporación y la recuperación de calor a través de la condensación, así, se cortan tales pérdidas - Alta recuperación' de calor efectiva, por medio de intercambiadores de calor modernos. En lo siguiente, se muestra la funcionalidad de la instalación completa de la desalación de agua de mar en un diagrama de bloques. Se representa en la Figura 2, el diagrama de bloques de una instalación de desalinación de agua salda con un generador a diesel DS, una bomba de calor WP y algunos intercambiadores de calor WT insertados en el ciclo. Los intercambiadores de calor WT están incluidos en la circulación líquida de un intervalo de cascada de recipientes de cascada Kl, K2, Kn. Los recipientes de cascada Kl, K2, Kn, están conectados vía controles de presión DR con una bomba de vacío VP, la cual genera el vacío para la evaporación del agua de mar. La bomba de calor WP y la bomba de vacío VP se corren por medio de una central de energía ES. El generador a diesel DS, por lo tanto, genera la energía eléctrica requerida. La energía de calor la cual también es generada, es transferida sobre un intercambiador de calor WT al ciclo líquido para el calentamiento adicional del agua de mar. El generador a diesel DS puede ser conectado con sistemas para usar energía solar y/o consumir el calor de vapor. La invención se basa en la transferencia de calor adicionalmente, a partir del agua pura por medio de la bomba de calor WP a esta agua a ser calentada en los intervalos de cascada Kl, K2, Kn. Esta forma de energía de calentamiento es ahorrada y la eficiencia de los procesos claramente se incrementa. Todavía, la bomba de calor WP puede ser conmutada en una forma y puede ser conectada con los intercambiadores de calor WT, de manera tal que la energía residual contenida en el agua pura se extraerá y alimentará en el proceso de calentamiento del agua de mar (véase la Figura 2) . En esta forma el enfriamiento necesario del agua pura puede ser soportado en el lado removido del agua pura. La energía allí excedente se usa simultáneamente para minimizar la energía adicionalmente necesaria para el calentamiento en la evaporación del agua de mar por medio de los productores de energía. Finalmente, también una combinación de procesos es adecuada, en donde la bomba de calor WP está conectada preferiblemente, por un orden de etapas múltiples por medio de intercambiadores de calor WT en el lado de extracción de energía con el sistema de tuberías del agua pura (agua de mar) también como con el sistema de tuberías del agua pura también. A esto, también se pueden aplicar varias bombas de calor WP. Como intercambiadores -de calor WT, los intercambiadores de calor de atado de tubos pueden ser usados aquí, en una manera especialmente ventajosa, los cuales se llenan con un rellenador de transmisión de calor efectivo. Por lo tanto, es posible una transmisión mejorada de respaldo de calor recuperado. El efecto especial de la instalación misma es probado en base al análisis termodinámico. El análisis termodinámico de una cascada MSF, es representado en la tabla en la Figura 3. La tabla muestra los valores para el análisis termodinámico de una cascada MSF. En esta ocasión, la temperatura del agua de mar se eleva pasando de 10 etapas de cascada desde 31 hasta 89 grados Celsius. El incremento de temperatura de etapa a etapa es aproximadamente 5 a 6 grados Celsius . La bomba de calor usada en la instalación, es de construcción bien conocida, ün diagrama de bloque de una bomba de calor es representado en la figura 4. La bomba de calor así como también el módulo, están integrados en la instalación de desalinación de agua de mar. En esta ocasión, se maneja por medio de electricidad suministrada a partir de un generador a diesel. Esto puede ser parte de una planta de calor y energía. Se construye una central para producción de energía como generador a diesel DS. El diagrama de bloque del generador a diesel DS, está representado en la figura 5. El generador a diesel DS, suministra la energía de calor requerida para la operación de las etapas MSF y la corriente eléctrica para la bomba de calor WP, la bomba de vacío VP y la instalación completa. Esto es consecuentemente, además del combustible requerido, completamente autosuficiente, , y también puede ser operado fuera de las áreas desarrolladas . La construcción del generador a diesel se describe más en detalle en la figura 5. Los elementos contenidos en la figura son I. Intercambiador de calor de agua caliente 2. Intercambiador de calor de vapor 3. Enfriadores de grasa-aceite 4. Bomba de agua de enfriamiento 5. Silenciador de consumo 6. Motor a gas 7. Generador 8. Conmutador cerrado 9. Tanque de grasa-aceite 10. Iniciador de batería II. Cubierta de absorción de sonido Un mejoramiento del sistema apropiado a nuestra invención para el resultado de desalinación de agua de mar, es dependiente de los arreglos de la bomba de calor. Por mejoramiento del concepto así explicado de un paso simple, se pretende acumular un bucle cerrado. Por lo tanto, es necesario, que la energía de calentamiento aplicada en el lado caliente de la instalación de desalinación de agua de mar, se remueva en el lado frío de la instalación de desalinación de agua de mar, y de otro modo, la diferencia de temperatura necesaria no se puede elevar para la condensación del agua. Por lo tanto, la bomba de calor WP es alimentada en el lado del agua fría por la salida de la cascada Kl de los evaporadores. Así, la bomba de calor WP ocasiona un enfriamiento del agua limpia aquí, y transmite - de otro modo pérdida- la energía nuevamente en el lado caliente de la cascada K2, Kn, del evaporador. Ahí, la energía recuperada nuevamente está disponible por calentar el agua de mar a ser limpiada. Consecuentemente, es posible un ahorro significante de energía. Mientras en los sistemas conocidos el enfriamiento es ejecutado por medio de agua dulce y la energía de esta forma se deja separada en el mar y consecuentemente, se pierde. El presupuesto de energía de una instalación como esta, se muestra en las figuras 6 y 7. Se muestra en la figura 6, que la energía de evaporación puede ser recuperada a partir de la energía de condensación. El incremento de temperatura requerido para la evaporación, es aplicado por medio de energía de evaporación insertada. Simultáneamente, en combinación con la condensación del agua pura, la energía de condensación se fija libre, mientras la temperatura disminuye nuevamente.

Aunque ambos procesos ocurren a diferentes niveles de temperatura, la energía libremente disponible puede ser usada para sustituir la energía requerida. En una forma apropiada a la invención, esto se explota después en la Figura 7 en tal forma, que una bomba de calor es conectada en el área de drenaje del agua pura por medio de un intercambiador de calor (véase la Figura 2) . La energía recuperada aquí, puede ser contribuida al intervalo de cascada para calentar el agua a ser evaporada. La disminución de temperatura del agua de mar se muestra en la figura 7 para las etapas de cascada (etapas de condensación) . La temperatura del agua pura alcanzada al final de las etapas de cascada ha sido además disminuid sobre un intercambiador de calor de la bomba de calor. La cantidad recuperada de calor es por medio de la bomba de calor a nivel de temperatura elevada y en combinación con simultáneamente, reducción de la energía de calentamiento necesaria nuevamente introducida para la evaporación en las etapas de cascada.

Claims (8)

REIVINDICACIONES Habiéndose descrito la invención como antecede, se reclama como propiedad lo contenido en las siguientes reivindicaciones .

1. Instalación de desalinación de agua de mar con una cascada de cuerpos de evaporación, con agua de mar salina en este sistema de línea de tuberías de suministro, en donde cada cascada puede ser suministrada con un vacío y/o un calentamiento, en donde el agua de mar después que pasa de la cascada, es alimentada a los cuerpos de evaporación, de manera que el agua de mar es evaporada sucesivamente, y un segundo sistema de líneas de tubería para remover agua pura de las cascadas, caracterizada porque tiene un arreglo de intercambiadores de calor (WT) en la línea de tuberías de suministro del agua de mar y una bomba de calor (WP) , los cuales están interconectados con uno o varios intercambiadores de calor (WT) .

2. Instalación de desalinación de agua de mar con una cascada de cuerpos de evaporación, con agua de mar salina a este sistema de línea de tuberías de suministro, en donde cada cascada puede ser suministrada con un vacío y/o un calentamiento, con el cual, el agua de mar después de pasar la cascada, es alimentada a los cuerpos de evaporación, de manera que el agua de mar es evaporada sucesivamente, y un segundo sistema de líneas de tubería para remover agua pura de las cascadas, caracterizada porque tiene un arreglo de intercambiadores de calor (WT) en el área de remoción de agua pura todavía caliente y su conexión con una bomba de calor (WP) , las cuales están conectadas con uno o varios intercambiadores de calor (WT) en el área del suministro de agua de mar parcialmente calentada o todavía sin calentar.

3. Instalación de desalinación de agua de mar de conformidad con la reivindicación 1, caracterizada porque la bomba de calor (WP) se conecta a un intercambiador de calor (WT) en el área de remoción del agua pura todavía caliente, con un intercambiador de calor (WT) en el área de suministro de agua de mar todavía sin calentar.

4. Instalación de desalinación de agua de mar de conformidad con la reivindicación 1 a 3, caracterizada porque la bomba de calor conecta uno o varios intercambiadores de calor (WT) en el área de remoción del agua pura todavía caliente, con un intercambiador de calor en el área de suministro de agua de mar ya parcialmente calentada entre dos cascadas.

5. Instalación de desalinación de agua de mar de conformidad con la reivindicación 1 a 3, caracterizada porque, un intercambiador de calor (WT) en el área de suministro del agua de mar ampliamente calentada, es conectada con un productor de calor.

6. Instalación de desalinación de agua de mar de conformidad con la reivindicación 5, caracterizada porque el productor de calor es un generador a diesel (DS) .

7. Instalación de desalinación de agua de mar de conformidad con la reivindicación 1 a 6, caracterizada porque la bomba de calor es corrida por medio de electricidad generada en el generador a diesel (DS) .

8. Instalación de desalinación de agua de mar de conformidad con la reivindicación 1 a 6, caracterizada porque el intercambiador de calor (WT) es construido como un intercambiador de calor de atado de tubos de alta eficiencia que contiene un rellenador de transferencia.