MX2012005949A - Desalinizacion del agua utilizando extraccion con disolventes direccionales. - Google Patents

Abstract

Se produce agua sustancialmente pura por desalinización utilizando un disolvente direccional que disuelve direccionalmente el agua pero no disuelve la sal. El disolvente direccional se calienta para disolver el agua de la solución salina en el disolvente direccional. El agua salada remanente altamente concentrada se elimina, y la solución de disolvente direccional y agua se enfría para precipitar agua sustancialmente pura de la solución.

Description

DESALINIZACIÓN DEL AGUA UTILIZANDO EXTRACCIÓN CON DISOLVENTES DIRECCIONALES ANTECEDENTES En este siglo, se espera que la escasez de agua dulce sobrepase la escasez de energía como problema global para la humanidad, y estos dos retos están ligados inexorablemente. El agua dulce es una de las necesidades más fundamentales de los humanos y otros organismos. Cada persona precisa consumir un mínimo de aproximadamente 2 litros por día además de demandas mayores de agua dulce por la agricultura y por los procesos industriales. Entretanto, las técnicas para transportar agua dulce o para producir agua dulce por desalinización tienden a ser muy exigentes de suministros cada vez más escasos de energía suministrable a precios razonables .

Los riesgos planteados por la insuficiencia de suministros de agua son particularmente agudos. Una escasez de agua dulce puede conducir a hambre, enfermedad, muerte, migración masiva forzosa, conflictos y guerras interregionales (desde Darfur al Suroeste de América) , y ecosistemas colapsados. A pesar del carácter crítico de la necesidad de agua dulce y las profundas consecuencias de su escasez, los suministros de agua dulce están particu-larmente limitados. El 97,5% del agua terrestre es salada, y aproximadamente el 70% del resto está almacenada en forma de hielo (la mayor parte en los casquetes polares y los glaciares), quedando únicamente 0,75% de toda el agua terrestre como agua dulce disponible.

Además, dicho 0,75% de agua dulce disponible no está uniformemente distribuido. Por ejemplo, países en desarrollo muy poblados, tales como India y China, tienen muchas regiones que están sujetas a suministros escasos. Y aún más, el suministro de agua dulce es a menudo estacional-mente irregular. Confinada típicamente a cuencas hidrográficas regionales, el agua es pesada y su transporte es costoso e intensivo en energía.

Entretanto, los requerimientos de agua dulce están tensándose en todo el mundo. Los depósitos están agotándo-se, los acuíferos están disminuyendo, los ríos se están muriendo, y los glaciares y casquetes polares se están retrayendo. Las poblaciones crecientes aumentan la demanda, al igual que lo hacen los cambios en la agricultura y la creciente industrialización. El cambio climático plantea amenazas mayores aún en muchas regiones. Por consiguiente, el número de personas que se enfrentan a la escasez de agua está aumentando.

Típicamente se precisan cantidades masivas de energía para producir agua dulce a partir del agua marina (o en menor grado, a partir de agua salobre) , especialmente para lugares remotos. La osmosis inversa (RO) es actualmente la tecnología líder de desalinización, pero es intensiva en energía e incluso relativamente ineficiente debido a las grandes presiones requeridas para hacer pasar el agua a través de membranas semipermeables y a su tendencia al ensuciamiento. En instalaciones en gran escala, la ratio energía/volumen requerida puede ser tan baja como 4 kwh/m3 para 30% de recuperación, comparada con el mínimo teórico aproximado de 1 kwh/m3, aunque sistemas RO de menor escala (v.g. , a bordo de barcos) tienen una eficiencia mucho peor, de un orden de magnitud. Otro método popular es la destilación flash multietápica (MSF) , que es también un proceso intensivo en energía y capital.

En lugar de extraer agua pura, los métodos electroquí-micos, tales como la electrodiálisis (ED) y la desalinización capacitiva (CD) , extraen justamente la sal suficiente para conseguir agua potable (<10 mM) . Los sistemas de desalinización electroquímicos en gran escala actuales son menos eficientes que las plantas RO para desalinización del agua marina (v.g., 7 kWh/m3 es la ratio en la técnica actual en la ED) , pero son más eficientes para agua salobre (v.g., la CD puede alcanzar 0,6 kwh/m3) . En general, las técnicas actuales para eliminar la sal del agua, algunas de las cuales existen desde hace siglos, tienden a ser costosas, complicadas, o ambas cosas.

SUMARIO Se describen en esta memoria métodos y aparatos para desalinización del agua utilizando extracción con disolventes direccionales . Diversas realizaciones de los apara-tos y el método pueden incluir algunos o todos los elementos, características y pasos descritos a continuación.

Ciertos disolventes, tales como aceites comestibles (v.g. , aceite de soja) y algunos ácidos grasos, poseen una característica singular de ser capaces de disolver direc-cionalmente el agua en tanto que no disuelven otras sales solubles en agua, tales como cloruro de sodio, o impurezas y si bien son al mismo tiempo insolubles o prácticamente insolubles en agua (es decir, el agua se disuelve en la fase mayoritaria del disolvente direccional, pero el disolvente direccional no se disuelve en la fase mayoritaria de agua más que en cantidades traza) . Este fenómeno de solubilidad direccional se aprovecha en esta invención, en un nuevo método de desalinización de una solución salina a temperatura controlada.

En un ejemplo del método, una solución salina (v.g., agua de mar) , se pone en contacto con un disolvente direccional. El disolvente direccional puede incluir un ácido carboxílico (es decir, un compuesto que incluye un grupo carboxilo, R-COOH) , tal como ácido decanoico, CH3 (CH2) 8COOH. La solución salina y el disolvente se calientan antes o después del contacto para mejorar la disolución direccional del agua en el disolvente y producir así fases distintas, una primera fase que incluye el di-solvente y agua procedente de la solución salina y una segunda fase que incluye un residuo altamente concentrado de la solución salina. La primera fase se separa de la segunda fase y se extrae. Alternativamente, la segunda fase puede extraerse de la primera fase. Después de la extrac-ción, la primera fase se enfría para precipitar el agua del disolvente; y el agua precipitada se separa luego del disolvente. El agua extraída puede encontrarse en la forma de agua sustancialmente pura (v.g., adecuada para uso industrial o agrícola o incluso cumpliendo estándares de pu-reza de agua potable, tales como pureza de 99,95%) .

Los métodos de esta descripción pueden utilizar calor de baja calidad, que puede proceder de fuentes de calor terrestre, del océano, del sol, o como calor residual de otros procesos. Estos métodos de desalinización pueden ser también fáciles de utilizar y pueden ofrecer ahorros significativos de energía y económicos sobre los métodos de desalinización actuales.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS FIG. 1 es una ilustración esquemática de un proceso de desalinización por extracción con disolvente direccional, a escala de laboratorio.

FIG. 2 es una ilustración de una etapa inicial en el proceso, en la cual se mezcla agua salina con un disolvente direccional.

FIG. 3 es una ilustración que muestra el uso de una placa de agitación para agitar la mixtura del agua salina y el disolvente a fin de crear una emulsión.

FIG. 4 es una ilustración que muestra la inmersión de la emulsión en un baño de agua caliente para elevar la temperatura de la emulsión.

FIG. 5 es una ilustración que muestra la separación de la emulsión calentada en una capa superior de disolvente con agua disuelta y una capa inferior de agua salina altamente concentrada.

FIG. 6 es una ilustración que muestra la decantación de la capa superior de disolvente y agua disuelta en un tubo .

FIG. 7 es una ilustración que muestra el enfriamiento del disolvente decantado y el agua disuelta para precipitar gotitas pequeñas de agua del disolvente.

FIG. 8 es una instalación que muestra el uso de di-electroforesis para separar las gotitas de agua del disolvente, recogiéndose el agua separada en el fondo del tubo.

FIG. 9 es una ilustración que muestra la recuperación de agua sustancialmente pura del fondo del tubo.

FIG. 10 es una ilustración que muestra el uso de una placa de agitación para agitar una mixtura de agua salina y disolvente de ácido decanoico a fin de crear una emulsión calentada.

FIG. 11 es una ilustración que muestra la separación de la emulsión calentada en una capa superior de ácido decanoico con agua disuelta y una capa inferior de agua salina altamente concentrada.

FIG. 12 es una ilustración que muestra la decantación de la capa superior de disolvente y agua disuelta en un tubo calentado en un baño de agua caliente.

FIG. 13 es una ilustración que muestra el uso de di-electroforesis en un tubo calentado para separar las gotitas de agua del disolvente, recogiéndose el agua separada en el fondo del tubo.

FIG. 14 es un gráfico que representa el rendimiento de agua dulce a partir de ácido decanoico como disolvente en función de la temperatura.

FIG. 15 es un gráfico que representa el consumo de exergía para un proceso de desalinización que utiliza ácido decanoico como disolvente en función de la temperatura.

En los dibujos que se acompañan, los números de refe-rencia iguales se refieren a las mismas o similares partes en las diferentes vistas. Los dibujos no están trazados necesariamente a escala, poniéndose énfasis en su lugar en la ilustración de principios particulares, expuestos más adelante .

DESCRIPCIÓN DETALLADA Lo que antecede y otras características y ventajas de diversos aspectos de la realización o realizaciones de la invención serán evidentes a partir de la descripción más particular que sigue de diversos conceptos y realizaciones específicas dentro de los límites más amplios de la invención. Diversos aspectos de la materia que constituye el objeto arriba introducido y expuesta con mayor detalle más adelante pueden implementarse en cualquiera de numerosas modalidades, dado que la materia objeto no está limitada a ninguna modalidad de implementación particular. Ejemplos de implementaciones y aplicaciones específicas se proporcionan fundamentalmente para propósitos ilustrativos.

A no ser que se defina de otro modo, los términos (que incluyen términos técnicos y científicos) utilizados en esta memoria tienen el mismo significado que es entendido comúnmente por una persona con experiencia ordinaria en la técnica a la que se refiere esta invención. Adicionalmen-te, se comprenderá que términos, tales como los definidos en los diccionarios utilizados comúnmente, deben interpre-tarse con un significado que es coherente con su significado en el contexto de la técnica relevante y no deben interpretarse en un sentido idealizado o excesivamente formal a no ser que se defina así expresamente en esta memoria. Por ejemplo, si se hace referencia a una composi-ción particular, pueden aplicarse realidades prácticas imperfectas; v.g., puede entenderse que la presencia potencial de al menos impurezas traza {v.g., en proporción menor que 0,1% en peso o volumen) está dentro del alcance de la descripción.

Aunque pueden utilizarse en esta memoria los términos primero, segundo, tercero, etc., para describir diversos elementos, estos elementos no deben considerarse limitados por dichos términos. Estos términos se utilizan simplemente para distinguir un elemento de otro. Así, un primer elemento, dispuesto más adelante, podría designarse como un segundo elemento sin apartarse de la doctrina de las realizaciones ilustrativas.

Términos relativos espaciales, tales como "arriba", "superior", "por debajo", "abajo", "inferior", y análogos, pueden utilizarse en esta memoria para facilidad de des-cripción con objeto de describir la relación de un elemento con otro elemento, como se ilustra en las figuras. Se comprenderá que los términos relativos espaciales tienen por objeto abarcar diferentes orientaciones de los apara-tos en uso u operación además de la orientación representada en las figuras. Por ejemplo, si el aparato de las figuras se invierte, los elementos descritos como "abajo" o "por debajo" de otros elementos o características estarían orientados entonces "arriba" de los otros elementos o características. Así, el término ilustrativo "arriba" puede abarcar a la vez una orientación de arriba y abajo. El aparato puede estar orientado de otro modo (v.g. , puede rotarse 902 o en otras orientaciones) y los descriptores relativos espaciales utilizados en esta memoria pueden in-terpretarse en consecuencia.

Todavía más, en esta descripción, cuando se hace referencia a un elemento como estando "sobre", "conectado a" o "acoplado a" otro elemento, el mismo puede estar inmediatamente sobre, conectado o acoplado al otro elemento o pueden estar presentes elementos interpuestos a no ser que se especifique otra cosa.

La terminología utilizada en esta memoria tiene por objeto describir realizaciones particulares y no debe interpretarse como limitante de realizaciones ilustrativas. Como se utiliza en esta memoria, debe entenderse que las formas singulares "un", "uno (a)" y "el/la" incluyen asimismo las formas plurales, a no ser que el contexto indique claramente lo contrario. Adicionalmente, los términos "incluye", "que incluye", "comprende" y "que comprende" especifican la presencia de los elementos o pasos indicados pero no excluyen la presencia o adición de uno o más elementos o pasos distintos.

Una ejemplificación discontinua, a escala de laboratorio, de un proceso de desalinización se ilustra en térmi-nos amplios y esquemáticamente en FIG. 1, representándose diversas etapas con mayor detalle en las FIGS. 2-9. El proceso puede llevarse a cabo también en una escala industrial de mayor alcance utilizando aparatos automáticos de mayores dimensiones. Además, el proceso puede realizarse también como un proceso continuo escalonado, en el que la solución salina se alimenta continuamente y se obtiene de manera continua agua sustancialmente pura.

El proceso de FIG. 1 comienza en la etapa A con la adición de una solución salina 12 y calor, Q, a un disol-vente direccional 14 en un recipiente 16. El disolvente direccional 14 y la solución salina 12 se mezclan 11 para producir una emulsión 22, como se muestra en la etapa B. Con la adición de más calor, Q, el agua de la solución salina se disuelve luego, 13, en un disolvente direccional en la etapa C; y el residuo concentrado 30 de la solución salina se deposita 15 en el fondo del recipiente 16 en la etapa D.

El recipiente 16 se retira luego de la fuente de calor y la solución de agua en el disolvente adicional se decan-ta, 17, del recipiente en una vasija secundaria en la etapa E y se deja enfriar para precipitar el agua, 19 de la solución, como se muestra en la etapa F. El agua precipitada se deposita 21 en el fondo de la vasija en la etapa G y se recupera luego 23, como agua sustancialmente pura del fondo del recipiente en la etapa H. Como se muestra, el disolvente direccional puede reutilizarse luego 25, cuando se repite el proceso con solución salina adicional.

Volviendo de nuevo a los pasos de este proceso desde el comienzo en un ejemplo más específico, que comienza con FIG. 2 (etapa A en FIG. 1), se añade una solución salina 12 a un recipiente (v.g. , un vaso de precipitados) 16 lleno con un disolvente direccional 14 a o cerca de la temperatura ambiente (v.g., 25-35eC). La solución salina 12 puede ser existente naturalmente - por ejemplo, en la forma de agua salada extraída del mar. El disolvente adicional 14 puede ser, por ejemplo, un aceite comestible, tal como aceite de soja, aceite de palma, aceite de colza, aceite de coco, o aceite de linaza, que incluye ácidos grasos. Alternativamente, el disolvente direccional puede estar constituido esencialmente por uno o más ácidos gra-sos seleccionados. Ácidos grasos adecuados pueden incluir cadenas carbonadas de, por ejemplo, 6 a 13 átomos de carbono, tales como ácido decanoico, que tiene una longitud de cadena carbonada de 10 átomos de carbono. El ácido gra-so puede ser también sólido a la temperatura ambiente (v.g. , a aproximadamente 302C y/o temperatura inferior). El ácido decanoico está considerado como sustancialmente insoluble en agua (v.g., disolviéndose en agua hasta sólo aproximadamente 40-50 partes por millón) ; y el ácido deca-noico es relativamente inocuo para los humanos, dado que se encuentra naturalmente en la leche. En los métodos para separación de agua de una solución salina, un grupo hidrófilo hidróxido del ácido graso puede fijarse al agua de la solución salina.

El recipiente 16 con la solución salina combinada 12 y el disolvente direccional 14 se mezclan luego para formar una emulsión. Como se muestra en FIG. 3 (etapa B en FIG. 1), en un escenario en escala de laboratorio, la mezcladura puede realizarse sobre una placa de agitación magnética 20 con un agitador magnético 18 introducido en el recipiente 16. La placa de agitación 20 desplaza magnéticamente el agitador magnético 18 en el recipiente 16 para mezclar enérgicamente el disolvente 14 y la solución salina 12 a fin de producir una emulsión 22 de ambos líquidos. La mezcladura se realiza hasta que la emulsión 22 aparece turbia a simple vista (v. gr . , en esta realización, durante aproximadamente 30 segundos) .

La emulsión 22 en el recipiente 16 se expone a una fuente de calor 24 (v.g., en la forma de un baño de agua caliente), como se muestra en FIG. 4 (etapa C en FIG. 1 ) , y se precalienta hasta una temperatura de precalentamiento de, por ejemplo, aproximadamente 75 aC o, en otras realizaciones, sólo a una temperatura tan baja como aproximadamente 40 aC, reflejándose la temperatura elevada por la elevación del mercurio en el termómetro 26 que se ilustra. Alternativamente, el disolvente 14 y/o la solución salina 12 se calientan antes de su contacto o mezcladura. El calor puede proporcionarse, v.g., por calor residual de otro proceso o de fuentes de calor terrestres, del océano, o del simple calentamiento solar procedente del sol. La emulsión 22 se mantiene sometida a la fuente de calor para mantener la temperatura de precalentamiento (v.g., durante un día) a fin de permitir que el agua de las gotitas de solución salina en la emulsión 22 se disuelva en el disol-vente direccional.

La solución 28 del disolvente con el agua disuelta asciende a la parte superior del recipiente 16 y se aprecia clara a simple vista, mientras que el residuo concentrado 3 0 de la solución salina se separa en el fondo del reci-piente 16 , como se muestra en FIG. 5 (etapa D en FIG. 1 ) .

El recipiente 16 se retira luego de la fuente de calor 24 y la solución 28 que incluye el disolvente y el agua disuelta se decanta del recipiente 16 en vasijas secundarias 32 (v.g. , en forma de tubos cónicos), como se muestra en FIG. 6 (etapa E en FIG. 1), y se deja enfriar (v.g., al aire atmosférico) de nuevo a la temperatura ambiente, como se muestra en FIG. 7 (etapa F en FIG. 1) . A medida que se enfría la solución 28, la solución 28 se vuelve turbia, lo que indica la precipitación de pequeñas gotitas de agua para formar una emulsión 34.

Opcionalmente, para acelerar la separación del agua precipitada y la separación del agua del disolvente, la emulsión 34 del agua precipitada y el disolvente, mientras se mantiene en el tubo 32 en un soporte 33, puede someter-se a dielectroforesis , como se muestra en FIG. 8 (etapa G en FIG. 1) . Como se representa, se acopla un suministro de potencia 40 por medio de hilos conductores 38 a un par de electrodos 35 y 36 dispuestos en el fondo y en la parte superior del recipiente 32. El suministro de potencia 40 produce una diferencia de potencial a través de los electrodos 35 y 36, con lo cual la falta de uniformidad de la forma de los electrodos {v.g., una placa plana en un extremo y una aguja en el otro extremo) produce un campo eléctrico irregular que actúa sobre las gotitas de agua para separarlas del disolvente. En consecuencia, agua sus-tancialmente pura 42, que tiene mayor densidad que el disolvente, se recoge en el fondo del recipiente 32 y se retira por un orificio existente en el fondo del recipiente, recogiéndose en un depósito de agua 44 (en esta realiza-ción, en la forma de un vaso de precipitados) , como se muestra en FIG. 9 (etapa H en FIG. 1) .

El agua sustancialmente pura 42 puede tener un contenido de sal peso-a-peso de, v.g., menor que 1,5%, menor que 0,14% o menor que 0,05%. Opcionalmente, puede emplearse una desalinización adicional después de los métodos de separación de agua arriba descritos para alcanzar un nivel mayor de pureza del agua. Por ejemplo, puede realizarse una segunda etapa de desalinización en forma de osmosis inversa o destilación flash.

En sistemas en gran escala, puede utilizarse recuperación de calor para mejorar la eficiencia del sistema. Por ejemplo, el calor liberado en el enfriamiento para precipitar agua pura puede utilizarse para calentamiento de la emulsión de agua salada en aceite.

Una aplicación de estos aparatos y métodos tiene lugar en la producción de petróleo o gas natural, en donde el disolvente direccional puede utilizarse para separar sales y otros componentes que son insolubles en el disolvente direccional de, por ejemplo, "el agua producida" (es decir agua que se produce junto con el aceite y el gas) o "agua de fracturación" (es decir, agua procedente de la fracturación hidráulica) que se genera, en particular, cuando se extrae petróleo de arenas alquitranosas o cuando se extrae gas natural de esquistos. El agua de fracturación puede tener una concentración de sal tres veces mayor que la del agua marina típica y puede incluir, por ejemplo, benceno y metales pesados. Y típicamente, el agua producida o agua de fracturación se transporta fuera de la instalación para tratamiento y/o confinamiento en depósitos de superficie.

Tanto la osmosis inversa como el flash multietápico exhiben menor eficiencia en el tratamiento del agua producida o de fracturación, en donde una salinidad mucho mayor en el agua producida o agua de fracturación aumenta el consumo de energía y causa un ensuciamiento incrementado de las membranas. Por mezcladura en lugar de ello del agua producida con el disolvente direccional, la mayor parte del agua puede extraerse en forma sustancialmente pura utilizando aportes de energía y calor relativamente bajos y a un coste razonable, dejando un producto residual mucho más concentrado y de menor volumen y permitiendo que el agua extraída se reutilice en el proceso de extracción de petróleo, ofreciendo con ello beneficios ambientales sustanciales en términos de contención de residuos, menores demandas de agua, menor contaminación ambiental y mayor eficiencia.

EJEMPLO 1: Materiales, Métodos y Observaciones: En un primer experimento, se utilizó aceite de soja como el disolvente direccional. El aceite de soja tiene un límite de saturación de agua de 0,3% en volumen a 25aC, y se espera que este límite de saturación se duplique aproximadamente a 60SC. El aceite de soja es barato y está disponible fácilmente.

Se preparó una solución acuosa de cloruro de sodio para simular agua de mar. El contenido de sal de esta solución se midió utilizando un Medidor de Sal Horiba y se encontró que era 3,367% ± 0,115%.

Se añadieron aproximadamente 6 mi de esta solución de sal a aproximadamente 300 mi de aceite de soja y se mezclaron enérgicamente en un recipiente sobre una placa de agitación para producir una emulsión de la solución de sal en aceite. La mixtura se agitó durante aproximadamente 30 segundos hasta que el contenido del recipiente aparecía turbio a simple vista.

Este recipiente de emulsión se puso luego en un baño de agua caliente precalentado a 752C. La emulsión se dejó en el baño de agua caliente durante 24 horas (este periodo de incubación puede reducirse o aumentarse fácilmente para optimizar la velocidad o capacidad de producción del pro-ceso) a fin de permitir que algo de agua de las gotitas de emulsión se disolviera en el aceite. Se espera que esta disolución direccional del agua en el aceite produzca las gotitas restantes altamente concentradas con sal, esperán-dose que estas gotitas se separen por acción de la gravedad en el fondo de un recipiente.

Después de 24 horas de incubación, el recipiente de la emulsión se retiró del baño de agua caliente. Como era de esperar, una cantidad significativa de la solución salina se había separado en el fondo del recipiente, y el aceite que se encontraba sobre ella aparecía claro a simple vista. Este cambio de turbio a claro indica que las gotitas de emulsión se disolvían, o se separaban en el fondo del recipiente .

El aceite existente sobre la solución salina separada se decantó en 6 tubos cónicos diferentes de 50 mi y se dejó enfriar al aire a la temperatura ambiente. Como era de esperar, después de varias horas de enfriamiento, se encontró que el aceite se había enturbiado nuevamente, lo que indicaba la precipitación de pequeñas gotitas de agua.

Para acelerar el proceso de separación de esta agua precipitada y su separación del aceite, las emulsiones se sometieron a dielectroforesis . En el proceso de dielectro-foresis, se utilizó un campo eléctrico no uniforme para separar las partículas (en este caso, gotitas de agua) de un fluido hospedador (en este caso, aceite) . Específicamente, la mixtura se sometió a un campo eléctrico de aproximadamente 2 kV/cm durante aproximadamente 5 minutos. Se observó una separación significativa de agua del aceite. Esta agua separada y aparentemente desalinizada se retiró por un orificio existente en el fondo de los tubos cónicos. Se recuperaron aproximadamente 1,5 mi de agua.

El agua recuperada se testó también utilizando el Medidor de Sal Horiba y se encontró que el contenido final de sal era 0,5833% ± 0,0681%.

Discusión: Como era de esperar, el contenido de sal de la solución salina inicial se reducía significativamente utilizando el proceso demostrado.

Aun cuando la concentración final de sal era significativamente menor que la concentración inicial, la misma no cumple los estándares para bebida de 0,05%. La sal restante en el agua recuperada se atribuye a la posibilidad de que no toda el agua no disuelta que contenía sal se ha-bía separado antes de la decantación y se había mezclado finalmente con el agua pura. El contenido de sal puede reducirse sometiendo la mixtura a dielectroforesis antes del enfriamiento a fin de mejorar la separación de las micro-gotitas del agua emulsionada altamente salina y reducir así aún más la concentración final de sal del agua recupe-rada. Alternativamente, incluso con dicho contenido de sal, este proceso puede utilizarse como una primera etapa (pretratamiento) de salinización, en combinación con, por ejemplo, el uso de tecnología de separación de agua basada en membranas en una segunda etapa subsiguiente. En este contexto, este proceso de desalinización de primera etapa reduce la energía y el coste necesario para producir agua de alta pureza en el proceso de la segunda etapa.

Otra área para mejora era el pequeño volumen de agua pura que se recuperó; el agua pura recuperada era sólo aproximadamente 0,5% del volumen de aceite utilizado. Esta recuperación limitada podría hacer el proceso enérgicamente ineficiente así como ineficiente en ocupación de espacio. Para abordar este problema, pueden utilizarse otros disolventes direccionales , tales como ácido decanoico, que son capaces de disolver mayores cantidades de agua.

A pesar de estas áreas que pueden direccionarse para mejora, los resultados de este experimento se consideraron como extremadamente prometedores; y se consideró que este método, con las modificaciones contempladas podría producir agua pura manteniendo al mismo tiempo eficiencias en energía y ocupación de espacio.

Ejemplo 2: En un intento de descubrir un proceso más eficiente, se condujo un segundo experimento, en el cual se repitie-ron los experimentos arriba descritos utilizando ácido decanoico como disolvente. El ácido decanoico disuelve aproximadamente 3,4% de agua (es decir, tal que la solución incluye aproximadamente 3,4% de agua disuelta) a 33 SC y aproximadamente 5,1% de agua a 62 aC. El ácido decanoico puro es sólido por debajo de 302C.

El ácido decanoico se calentó ligeramente al principio (a aproximadamente 30SC) para fundirlo antes de añadir la solución salina, y la placa de agitación 20 se calentó a fin de calentar la mixtura (como se muestra por el termómetro 26 que reflejaba una temperatura elevada) cuando se formó la emulsión 22, como se muestra en FIG. 10. Después de agitar, la emulsión se dejó en reposo sobre la placa de calentamiento/agitación 20 a fin de permitir la separación del disolvente y la solución de agua disuelta 28 del resto altamente concentrado de la solución salina 30, como se muestra en FIG. 11.

Después de ello, la fase que contenía ácido decanoico y la solución de agua disuelta 28 se transfirió a tubos cónicos 32 dispuestos en un baño de agua 48, como se muestra en FIG. 12, donde los contenidos se dejaron enfriar y reposar durante varias horas antes de la separación final de agua sustancialmente pura. A continuación, como se muestra en FIG. 13, se proporcionó calentamiento por la vía de un serpentín calentador de resistencia eléctrica 46 durante la dielectroforesis a fin de mantener el ácido de-canoico por encima de 30BC para prevenir la solidificación. Finalmente, el agua sustancialmente pura 42, que tiene una densidad mayor que el ácido decanoico, se recoge en el fondo del recipiente 32 y se retira por un orificio existente en el fondo del recipiente 32, recogiéndose en un depósito de agua 44 como se muestra en FIG. 9. Este segundo experimento incluía operaciones experimentales en las cuales la emulsión se calentó a temperaturas de 40, 45, 50, 55, 60, 65, 70, 75, y 802C. Comenzando con un contenido inicial de sal de 3,5% peso a peso (p/p), el agua desalinizada contenida entre 0,06% y 0,11% de sal con un rendimiento entre 0,4% p/p y 2% p/p de agua desalinizada a partir de la emulsión (en donde el rendimiento es el peso de agua recuperada dividido por el peso unitario de disolvente utilizado) , dependiendo de la temperatura de operación superior. Así, este disolvente no sólo es considerablemente más eficiente (que el aceite de soja, utilizado en el primer experimento) , sino que la elimina-ción de sal es también mucho más eficaz con el ácido decanoico. La salinidad del agua recuperada está comprendida dentro del intervalo de los estándares de agua para la agricultura y la bebida. FIG. 14 resume los resultados, en donde se representan gráficamente los rendimientos (círculos) 49 y las salinidades del agua recuperada (triángulos) 50 de diferentes operaciones experimentales. Se muestran también gráficas de los rendimientos experimentales (cuadrados) 52 cuando se disolvió agua pura en ácido decanoico. La línea de trazos 54 refleja el rendi-miento calculado a partir de datos de solubilidad de C. Hoerr, et al., "The Effect of Water on Solidification Points of Fatty Acids," Journal of the American Oil Che-mists' Society, Vol . 19, 126-128 (1942). Finalmente, el límite de salinidad de la EPA se muestra como la línea de puntos y trazos 56 en el fondo del gráfico, representándose la salinidad WHO como una segunda línea de puntos-trazos 58 justo por encima de ella.

Adicionalmente, otro beneficio de la utilización de ácido decanoico como disolvente es que el ácido decanoico es sólido por debajo de 30aC, y por tanto si se ha desecha cualquier cantidad de disolvente en el agua recuperada como impureza, la misma puede separarse fácilmente por enfriamiento de la mixtura por debajo de 30aC y separación del agua de las impurezas sólidas .

Se calculó el consumo de exergía para un proceso de desalinización industrial utilizando ácido decanoico como disolvente direccional, y se resume en FIG. 15, donde el consumo de exergía a partir de los resultados experimentales (círculos) 60 a las temperaturas de precalentamiento de 40, 45, 50, 55, 60, 65, 70, 75, y 802C, se compara con valores de la bibliografía para consumo de exergía de la osmosis inversa (triángulos vacíos) 62 y el flash multie-tápico (rombos) 64. Estas gráficas de consumo de energía representan la cantidad máxima de trabajo eléctrico equi-valente utilizada para eliminar la sal del agua de mar. Se representa también el consumo de energía a la temperatura real de la fuente de la osmosis inversa (triángulos llenos) 66, dado que la electricidad se deriva de una central eléctrica a temperaturas elevadas . Para extrapolar los re-sultados experimentales a números para un proceso industrial continuo, se supuso una eficiencia del cambiador de calor de 80%. La conversión de energía en trabajo para el proceso propuesto se realizó a la eficiencia de Carnot, que es el máximo teórico alcanzable utilizando una máquina térmica. En realidad, ninguna máquina térmica es eficaz a las bajas temperaturas de operación utilizadas en esta memoria, y los equivalentes de trabajo eléctrico reales serían mucho menores que los calculados. La línea de trazos 68 está basada de nuevo en el consumo de exergía calculado a partir de los datos de solubilidad de C. Hoerr, et al., "The Effect of Water on Solidification Points of Fatty Acids," Journal of the American Oil Chemists' Society, Vol. 19, 126-128 (1942) .

En la descripción de las realizaciones de la inven-ción, se utiliza terminología específica por razones de claridad. Para el propósito de la descripción, los términos específicos tienen por objeto incluir al menos equivalentes técnicos y funcionales que operan de manera similar a fin de alcanzar un resultado similar. Adicionalmente, en algunos casos en que una realización particular de la invención incluye una pluralidad de elementos de sistema o pasos de método, dichos elementos o pasos pueden reemplazarse con un solo elemento o paso; análogamente, un solo elemento o paso puede reemplazarse con una pluralidad de elementos o pasos que sirven para el mismo propósito. Adicionalmente, donde se especifican en esta memoria parámetros para diversas propiedades para realizaciones de la invención, dichos parámetros pueden ajustarse hacia arriba o hacia abajo en una centésima, una quincuagésima, una vi-gésima, una décima, una quinta parte, una tercera parte, una mitad, tres cuartas partes, etc (o en un factor de 2, 5, 10, etc), o por aproximaciones redondeadas de los mismos, a no ser que se especifique otra cosa. Además, si bien esta invención se ha presentado y se ha descrito con referencias a realizaciones particulares de la misma, los expertos en la técnica comprenderán que pueden hacerse diversas sustituciones y alteraciones en formas y detalles en ella sin desviarse del alcance de la invención. Aún más, otros aspectos, funciones y ventajas están también dentro del alcance de la invención; y todas las realiza-ciones de la invención no precisan necesariamente alcanzar la totalidad de las ventajas o poseer todas las características arriba descritas. Adicionalmente, los pasos, elementos y características expuestos en esta memoria en conexión con una realización, pueden utilizarse análogamente en conjunción con otras realizaciones. Los contenidos o referencias, con inclusión de textos de referencia, artículos de revistas, patentes, solicitudes de patente, etc., citados a lo largo del texto se incorporan por la presente por referencia en su totalidad; y los componentes, pasos, y caracterizaciones apropiados (as ) de estas referencias pueden incluirse opcionalmente o no en las realizaciones de la invención. Todavía adicionalmente, los componentes y pasos identificados en la sección Anteceden-tes constituyen una parte esencial de esta descripción y pueden utilizarse en asociación con o en sustitución de componentes y pasos descritos en otro lugar en la descripción dentro del alcance de la invención. En las reivindicaciones del método, donde se citan etapas en un orden particular - con o sin números precedentes secuenciados añadidos para facilidad de referencia - las etapas no deben interpretarse como si estuvieran limitadas temporalmente al orden en el que se citan, a no ser que esté especificada o implicada otra cosa por los términos y la redacción.

Se hace constar que, con relación a esta fecha, el mejor método conocido por la solicitante para llevar a la práctica la citada invención, es el que resulta claro de la presente descripción de la invención.

Claims (21)

REIVINDICACIONES

1. Un método para separar agua de una solución salina utilizando un disolvente direccional, comprendiendo el mé-todo : proporcionar el disolvente direccional y la solución salina que comprende agua y al menos una sal; producir una emulsión de la solución salina en el disolvente direccional; calentar el disolvente direccional antes o después del contacto con la solución salina para producir una primera fase que incluye el disolvente direccional y agua de la solución salina disuelta en el disolvente direccional, y una segunda fase que incluye un residuo altamente concen-trado de la solución salina; dejar que la primera fase se separe de la segunda fase; extraer la primera fase que incluye el disolvente direccional y el agua disuelta del residuo altamente concen-trado de la solución salina, o extraer el residuo altamente concentrado de la solución salina de la primera fase; enfriar la primera fase después de la extracción para precipitar el agua del disolvente direccional; y quitar el agua precipitada del disolvente direccional.

2. El método de la reivindicación 1, en donde el disolvente direccional incluye un compuesto que disuelve el agua pero no disuelve las sales solubles en agua y las impurezas y que es total o sustancialmente insoluble en agua .

3. El método de la reivindicación 1, en donde el disolvente direccional incluye un compuesto con un grupo hidrófilo hidróxido, y en donde el grupo hidrófilo hidróxido se fija al agua de la solución salina.

4. El método de la reivindicación 3, en donde el grupo hidrófilo hidróxido es parte de un grupo carboxilo.

5. El método de la reivindicación 4, en donde el disolvente direccional incluye un ácido carboxílico que incorpora el grupo carboxilo.

6. El método de la reivindicación 5, en donde el ácido carboxílico incluye una cadena de carbonos con una longitud de 6 a 13 átomos de carbono.

7. El método de la reivindicación 6, en donde el ácido carboxílico incluye ácido decanoico.

8. El método de la reivindicación 1, en donde el disolvente direccional es sólido a temperaturas de 30 aC e inferiores .

9. El método de la reivindicación 1 , que comprende adicionalmente mezclar el disolvente direccional y la so-lución salina para producir la emulsión antes de calentar el disolvente direccional y la solución salina.

10. El método de la reivindicación 1, que comprende adicionalmente mezclar el disolvente direccional y la so-lución salina para producir la emulsión después de calentar el disolvente direccional .

11. El método de la reivindicación 1, que comprende adicionalmente utilizar dielectroforesis para separar el agua precipitada del disolvente direccional .

12. El método de la reivindicación 1, en donde el disolvente direccional se calienta utilizando energía de una fuente de calor de temperatura media no mayor de 75 eC.

13. El método de la reivindicación 1, en donde el disolvente direccional se calienta utilizando energía de una fuente de calor de temperatura baja no mayor de 402C.

14. El método de la reivindicación 1, en donde el disolvente direccional y la solución salina se calientan utilizando calor de otro proceso.

15. El método de la reivindicación 1, en donde el di-solvente direccional y la solución salina se calientan utilizando calor terrestre o calor solar.

16. El método de la reivindicación 1, en donde el agua extraída precipitada tiene un contenido de sal peso-a-peso menor de 1,5%.

17. El método de la reivindicación 1, en donde el agua extraída precipitada tiene un contenido de sal peso-a-peso menor de 0 , 14% .

18. El método de la reivindicación 1, en donde el agua extraída precipitada tiene un contenido de sal peso-a-peso menor de 0 , 05% .

19. El método de la reivindicación 1, en donde la separación del agua de la solución salina utilizando el disolvente direccional es una primera etapa en un proceso de desalinización multi-etapa, comprendiendo adicionalmente el método someter el agua precipitada, después de la extracción, a una segunda etapa de desalinización para alcanzar un nivel de pureza mayor .

20. El método de la reivindicación 19, en donde la se-gunda etapa de desalinización incluye osmosis inversa o destilación flash.

21. El método de la reivindicación 1, que comprende adicionalmente reutilizar el disolvente direccional para repetir el método de separación de agua de la solución sa-lina.