CN110392670A - 用于水净化的氯化辅助混凝方法 - Google Patents

Abstract

公开了用于从如由石油生产操作产生的采出水等含水组合物和料流中去除有机和无机污染物的氯化辅助混凝方法和系统。所述氯化辅助混凝方法包含：通过在厌氧条件下使电流通过所述含水组合物的至少一部分来将所述含水组合物中的氯离子中的至少一部分转化为次氯酸根离子或次氯酸，所述含水组合物包含所述氯离子、铁(II)化合物和一种或多种有机化合物。所述氯化辅助混凝方法进一步包含：使所述含水组合物的所述铁(II)化合物中的至少一部分与所述次氯酸根或所述次氯酸反应以产生铁(III)离子，以及用所述铁(III)离子使所述一种或多种有机化合物混凝以在经过处理的含水组合物中产生多个不溶性固体颗粒。

Description

用于水净化的氯化辅助混凝方法

相关申请的交叉引用

本申请要求于2017年2月16日提交的美国临时申请序列号62/459,733和于2017年10月24日提交的美国非临时申请序列号15/791,731的优先权。美国临时申请序列号62/459,733和美国非临时申请序列号15/791,731的全部内容通过引用并入本公开。

技术领域

本说明书总体上涉及用于净化含水料流的处理方法，具体地涉及用于处理来自石油生产或精炼操作的含水料流的氯化辅助混凝方法。

背景技术

石油钻井、生产和/或精炼可能产生如例如采出水等含有如油、酚类化合物等有机化合物以及其它有机和无机污染物的各种含水料流。在可以在钻井操作和精炼过程中再利用来自这些含水料流的水或者将所述水引导到下游处理过程之前，必须从含水料流中去除这些有机和无机污染物中的许多污染物。各种水处理系统可用于从产生自石油钻井、生产或精炼操作的含水料流中去除这些有机和无机污染物。然而，常规的处理系统可能不适合用于石油钻井和加工环境。

发明内容

在如钻井操作以及从地下地层中提取原油等石油生产过程期间，还可能从地下地层中提取出水。从地下地层中提取到的这种水在石油行业中被称为“采出水”(PW)。这种采出水可能被有机和无机化合物污染，并且通常必须从所述水中去除这些有机和无机污染物以满足用于水再利用的行业标准。例如，在将采出水再注入回到地下地层中或以其它方式再利用之前，必须从采出水中去除有机和无机污染物。

用于从水中去除污染物的常规处理方法包含混凝过程。在典型的混凝过程中，将如硫酸铁(III)或硫酸铝(III)等混凝剂加入水中以使有机和无机污染物混凝成可以从水中滤出或分离的不溶性固体。然而，当使用常规混凝剂时，硫酸根离子通常遗留在经过处理的水中。当注入回到地层中时，这些硫酸根离子与钡、钙、锶离子或其它金属离子形成不溶性盐，并且这些不溶性盐可能积聚并且堵塞地层岩石中的孔。因此，当将经过处理的水再注入回到地层中时，使用常规金属硫酸盐混凝剂处理采出水可能引起地下地层中的流动限制，从而降低地层中的石油生产率。

也可以使用电凝过程来处理采出水。典型的电凝过程在需氧条件下操作以防止在阴极处形成可燃气体——氢气。另外，在常规的电凝过程中，牺牲铁或铝电极被氧化成铁(III)或铝(III)物种，所述物种然后引起有机和无机污染物的混凝。在需氧条件下存在氧气的情况下，铁或铝电极被氧化成铁(III)或铝(III)的氧化反应是在没有将如热或电位等补充能量引入到系统中的情况下迅速发生的自发反应。在典型的电凝过程中，将如例如氧气、臭氧、过氧化氢或其组合等氧气来源或其它氧化剂引入到被污染的水流以促进可消耗的铁或铝电极的氧化。

然而，加入氧气或产氧化合物来处理石油生产或加工设施中的采出水的成本非常高并且具有危险性。典型的石油生产工厂可以产生高达150,000桶每天(MPD)的采出水。用常规的电凝过程处理150MPD的采出水将需要消耗大量的氧气，从而产生大量的材料成本。还必须频繁更换牺牲电极，这可能大大增加电凝过程的操作成本。另外，油气生产和加工设施被归类为爆炸性环境，并且在这些爆炸性环境中生产或储存氧化剂，特别是氧气、臭氧或过氧化物可能产生不必要的火灾或爆炸危险并且会大大增加火灾对财产和技术人员造成相关损害的风险。此外，经过处理的采出水中的残留溶解氧可能对使一些水再循环和再利用应用出现问题，如例如腐蚀增加或者用于再注入到储油地层中的水规格不可接受。经过处理的水中的残留溶解氧需要将充当除氧剂的化学品也加入到经过处理的采出水中以使其适合于再注入回到井下地层中。

因此，需要在烃加工设施中更安全地操作并且需要加入少得多的处理化学品(如氧化剂和混凝剂)的处理方法。本公开的氯化辅助混凝方法和系统利用采出水的现有化学性质，具体地存在高浓度的溶解铁(II)离子和高盐度(即，高浓度的氯离子)，以使采出水的有机和无机化合物混凝并从采出水中取出所述化合物。所述氯化辅助混凝方法和系统利用在厌氧条件下进行的混凝过程。另外，所述混凝过程包含氯化步骤，其中通过使电流通过采出水来将氯离子(即，来自所述采出水的天然盐度)转化为次氯酸根(ClO^-)或次氯酸(HClO)。然后，采出水中的铁(II)离子被次氯酸根或次氯酸氧化成铁(III)离子，然后所述铁(III)离子与有机和无机污染物形成络合物以使所述污染物混凝成不溶性固体。本文所公开的氯化辅助混凝方法和系统在烃加工设施中更安全地操作并且在处理期间不需要向采出水加入大量化学品。

根据一个实施例，一种用于处理含水组合物的方法，所述方法包含：通过在厌氧条件下使电流通过所述含水组合物的至少一部分来将所述含水组合物中的氯离子中的至少一部分转化为次氯酸根离子或次氯酸，所述含水组合物包含所述氯离子、铁(II)化合物和一种或多种有机化合物。所述方法可以进一步包含：使所述含水组合物的所述铁(II)化合物中的至少一部分与所述次氯酸根或所述次氯酸反应以产生铁(III)离子，以及用所述铁(III)离子使所述一种或多种有机化合物混凝以在经过处理的含水组合物中产生多个不溶性固体颗粒。

根据另一个实施例，一种用于从含水组合物中去除有机化合物的方法可以包含：将所述含水组合物的至少一部分引入到电氯化区，所述含水组合物至少包括氯离子、铁(II)化合物和一种或多种有机化合物。所述方法可以进一步包含：通过在所述电氯化区中在厌氧条件下使电流通过所述含水组合物来将所述含水组合物中的所述氯离子中的至少一部分转化为次氯酸根或次氯酸。所述方法可以包含：在所述电氯化区或混凝区中用所述次氯酸根或所述次氯酸氧化所述含水组合物中的所述铁(II)化合物中的至少一部分以产生铁(III)离子，以及在混凝区中用所述铁(III)离子使所述一种或多种有机化合物混凝以在所述含水组合物中产生多个不溶性固体颗粒。所述方法可以进一步包含：从所述含水组合物中分离所述不溶性固体颗粒中的至少一部分，由此从所述含水组合物中去除所述有机化合物中的至少一部分。

根据又其它实施例，一种用于处理含水组合物的系统可以包含电氯化系统，所述电氯化系统包含容器和安置在所述容器内的多个电极。所述电氯化系统能操作以通过使电流通过安置在具有所述多个电极的所述容器中的含水组合物来将所述含水组合物中的氯离子中的至少一部分转化为次氯酸根或次氯酸。所述电极各自包括具有外表面的非牺牲电极，所述外表面包含锆、钼、金、银、钽、钨、铬、碳、硫、硅或这些材料的氧化物中的一种或多种，并且所述多个电极能操作以使电流电位大于1.5V的电流通过安置在所述容器内的所述含水化合物。所述系统还可以包含混凝容器，所述混凝容器处于所述电氯化系统下游。

在一些实施例中，所述系统可以进一步包含性质传感器，所述性质传感器定位在所述电氯化容器中或所述电氯化容器下游。在一些实施例中，所述系统可以包含旁路管线，所述旁路管线能操作以使所述含水化合物的至少一部分绕过所述电氯化系统传递并且直接传递到所述混凝容器。所述系统可以包含控制阀，所述控制阀安置在所述旁路管线中，其中所述控制阀能操作以响应于来自安置在所述电氯化容器中或所述电氯化容器下游的性质传感器的反馈来控制含水化合物的一部分进入所述电氯化容器的流动速率。

所描述实施例的另外的特征和优点将在下面的详细描述中予以阐述，并且对本领域技术人员而言，所述特征和优点将部分地根据该描述而变得显而易见，或者通过实践所描述实施例，包含下面的详细描述、权利要求以及附图，而被认识。

附图说明

当结合以下附图阅读时，可最好地理解以下对本公开的具体实施例的详细描述，其中相似的结构用相似的附图标记指示，并且其中：

图1示意性地描绘了根据本公开的一个或多个实施例的氯化辅助混凝系统；

图2示意性地描绘了根据本公开的一个或多个实施例的氯化物和铁的甫尔拜图(Pourbaix diagram)；

图3示意性地描绘了根据本公开的一个或多个实施例的图1的氯化辅助混凝系统中的有机化合物的混凝和絮凝；

图4示意性地描绘了根据本公开的一个或多个实施例的氯化辅助混凝系统的另一个实施例；

图5示意性地描绘了根据本公开的一个或多个实施例的氯化辅助混凝系统的又另一个实施例；

图6示意性地描绘了根据本公开的一个或多个实施例的氯化辅助混凝系统的仍另一个实施例；

图7示意性地描绘了根据本公开的一个或多个实施例的用于评估氯化辅助混凝方法的性能的实验室设备；

图8是根据本公开的一个或多个实施例的用于使用图7的实验室设备进行氯化辅助混凝方法的常规电极的照片；

图9是根据本公开的一个或多个实施例的非牺牲钽电极的照片，所述非牺牲钽电极用于使用图7的实验室设备进行氯化辅助混凝方法；并且

图10示意性地描绘了根据本公开的一个或多个实施例的图6的氯化辅助混凝方法的电极旋转系统。

出于描述图1和4-6的简化示意图示和描述的目的，未包含在某些化学加工操作领域中可以采用且对于所述领域的普通技术人员来说且公知的众多阀、温度传感器、电子控制器等。此外，可以不对通常包含在典型的化学加工操作、气体供应系统、电气系统、泵、压缩机、搅拌系统、混合器或其它子系统中的伴随部件进行描绘。应理解，这些部件处于所公开的本发明实施例的精神和范围内。然而，如本公开中描述的操作部件等操作部件可以加入到本公开所描述的实施例中。

附图中的箭头是指工艺料流。然而，箭头可以等效地指代可以用于在两个或更多个系统部件之间转移工艺料流的输送管线。另外，连接到系统部件的箭头可以限定每个给定系统部件中的入口或出口。箭头方向通常对应于包含在由箭头表示的物理输送管线内的料流的材料的主要移动方向。此外，不连接两个或更多个系统部件的箭头可以表示离开所描绘系统的产物流或进入所描绘系统的系统入口料流。产物流可以在伴随的化学加工系统中进一步处理或者可以商业化为最终产物。

另外，附图中的箭头可以示意性地描绘将流从一个系统部件输送到另一个系统部件的过程步骤。例如，从一个系统部件指向另一个系统部件的箭头可以表示将系统部件流出物“传递”到另一个系统部件，所述传递可以包含工艺料流的内容物“离开”一个系统部件或从所述系统部件中“去除”以及将该产物流的内容物“引入”到另一个系统部件。

应理解，当两条或更多条线在图1、4、5和6的示意流程图中相交时，两股或更多股工艺料流被“混合”或“组合”。混合或组合还可以包含通过将两股料流直接引入到如容器、反应器、分离器或其它系统部件等类似的系统部件中来进行混合。例如，应理解，当两股料流被描绘为在进入系统部件之前直接组合时，可以以相等的方式将料流引入到系统部件中并且可以在系统部件中进行混合。

现在将更详细地参考各个实施例，在附图中示出了其中一些实施例。只要可能，将贯穿附图使用相同附图标记来指代相同或相似的部件。

具体实施方式

公开了用于从由石油生产或石油精炼过程产生的采出水和其它含水组合物或料流中去除有机和无机污染物的方法和系统。参考图1，描绘了用于进行氯化辅助混凝方法的氯化辅助混凝系统100的一个实施例。氯化辅助混凝系统100可以包含电氯化系统104、混凝系统106和分离系统108。可以使用氯化辅助混凝系统100进行氯化辅助混凝方法以从采出水或其它含水料流中去除有机和无机污染物。所述氯化辅助混凝方法可以包含：通过在厌氧条件下使电流通过所述含水组合物的至少一部分来将所述含水组合物中的氯离子中的至少一部分转化为次氯酸根离子或次氯酸。所述含水组合物可以包含所述氯离子、铁(II)化合物和一种或多种有机化合物。所述含水组合物可以是采出水。所述氯化辅助混凝方法也可以包含：使所述含水组合物的所述铁(II)化合物中的至少一部分与所述次氯酸根或所述次氯酸反应以产生铁(III)离子，以及用所述铁(III)离子使所述一种或多种有机化合物混凝以在经过处理的含水组合物中产生多个不溶性固体颗粒。

所述氯化辅助混凝方法可以从含水组合物中去除有机化合物，如油滴、天然气、溶解有机化合物或其组合。通过电氯化过程形成的强氧化剂可以与如苯酚等对环境有害的有机化合物反应以将这些有害有机化合物分解成更环保的化合物。通过在厌氧条件下进行电氯化和混凝，与常规处理方法相比，氯化辅助混凝方法可以在可以被归类为爆炸性环境的烃加工设施中更安全地操作并且需要加入的如氧化剂和混凝剂等处理化学品的量可以小得多。

氯化辅助混凝方法的厌氧操作还可以通过对通过含水组合物的电流的控制来控制系统中氧化剂的浓度从而防止形成硫酸盐。氯化辅助混凝方法的厌氧操作还可以引起氢气(H₂)产生，氢气可以用于提供混合或帮助从经过处理的含水组合物中浮选分离经过混凝的固体。另外，可以在石油生产或精炼过程特有的操作温度和压力下进行氯化辅助混凝方法。氯化辅助混凝方法还可以从具有初始高浓度H₂S的酸性采出水中去除硫化氢(H₂S)。随后将在本公开中讨论氯化辅助混凝方法的这些和其它优点和益处。

如本公开所使用的，术语“需氧”是指在氧气(O₂)、臭氧(O₃)、过氧化氢(H₂O₂)、其它过氧化物、其它产氧化合物或其组合的存在下进行一种或多种反应。术语“需氧”可以包含使用氧气、臭氧、过氧化物、其它产氧化合物或其组合作为反应物；产生氧气、臭氧或过氧化物作为反应产物；或者在其它方面在氧气、臭氧、过氧化物、其它产氧化合物或其组合的存在下进行反应。

如本公开所使用的，术语“厌氧”是指在无氧环境中进行一种或多种反应。术语“无氧”是指具有小于十亿分之20体积份溶解氧的环境。溶解氧含量大于十亿分之20体积份的水溶液或环境不再主要在厌氧条件下操作。

如本公开所使用的，术语“原位(on site)”是指在不向含水组合物中加入如反应物、催化剂或其它化合物等一种或多种化合物的情况下使处于原始状态的含水组合物的一种或多种成分发生反应以产生一种或多种反应产物。换句话说，与进行反应相关联的所有化合物都是被处理的含水组合物所固有的。在本公开中使用“原位”代替拉丁文短语原位(in situ)。

如本公开所使用的，术语“采出水”是指在石油或天然气生产期间通过生产井从地下地层中提取的水和/或由气油分离设备(GOSP)或其它石油加工设施产生的水流。地下油气储备通常可以包含大量的水以及油和气体。在气体和油的提取期间，这种水也作为副产物与气体或油一起被提取并且随后从气体或油中分离。从气体和油中分离出的水可以被称为采出水。然而，采出水还可以包含天然存在于地下地层中的水、注入到地下地层中以迫使地下地层中的油和气体朝着生产井前进的水、从地下地层中提取的其它水或其组合。如前所讨论的，采出水还可以包含来自如GOSP和石油加工设施等石油操作的水流。采出水还可以包含从地下地层中提取的水与一种或多种其它水流的混合物，所述其它水流如用于原油脱盐的淡水、在另一个石油加工设施处产生的工业废水、来自消防水库的水、其它水流或其组合。

如本公开所使用的，术语“酸性采出水”是指具有高浓度硫化氢的采出水。“酸性采出水”中的高浓度硫化氢可以由存在于从GOSP中的采出水分离的对应采出气流中的硫化氢的浓度表征。对于“酸性采出水”，对应采出气流的硫化氢含量范围可以为5体积％(vol.％)到20vol.％。

如本公开所使用的，术语“甜性采出水”是指具有低浓度硫化氢的采出水。“甜性采出水”中的低浓度硫化氢可以由从GOSP中的采出水分离的对应采出气流的硫化氢含量表征。对于“甜性采出水”，对应采出气流的硫化氢含量可以小于5体积％(vol.％)。

采出水可以包含有机化合物，如游离油和烃类气体；溶解烃；其它溶解有机化合物，如酚类化合物、有机酸、醇或其组合。在一些实施例中，按采出水的总体积计，进入的采出水的油含量可以大于0.1体积％(vol.％)。在一些实施例中，采出水的油含量可以高达或大于1体积％。采出水还可以包含无机污染物，如溶解矿物质、金属和阴离子物种。可能存在于采出水中的无机污染物可以包含但不限于铝、钙、镁、砷、镉、铬、铜、铁、铅、锰、镍、钾、钠、硒、锌、钡、锂、硫、锶、钛、钒、其它金属或无机污染物或其组合。必须从采出水中去除这些有机和无机污染物以满足用于水再利用或再注入到地下地层中的行业标准。

如前所讨论的，采出水可以包含呈各种铁(II)物种的形式的固有铁。采出水可以具有小于或等于100毫克每升(mg/L)的铁(II)。例如，在一些实施例中，采出水可以具有小于或等于80mg/L的铁(II)、小于或等于50mg/L的铁(II)或小于或等于20mg/L的铁(II)。在一些实施例中，采出水可以具有大于或等于0.5mg/L的铁(II)、大于或等于1mg/L的铁(II)、大于或等于2mg/L的铁(II)或甚至大于或等于5mg/L的铁(II)。例如，在一些实施例中，采出水可以具有0.5mg/L到100mg/L、0.5mg/L到50mg/L、0.5mg/L到20mg/L、1mg/L到100mg/L、1mg/L到50mg/L、1mg/L到20mg/L、5mg/L到100mg/L、5mg/L到50mg/L、或5mg/L到20mg/L的铁(II)物种。

除了前述有机和无机化合物之外，采出水还具有高盐度。例如，采出水可能具有高浓度的氯离子。如本公开随后将描述的，可以将这些氯离子通过电氯化过程原位(就地)转化为有用的化学品，所述有用的化学品可以用于氧化如苯酚和其它有机物等有毒有机化合物并且用于将固有铁(II)物种氧化成铁(III)，所述铁(III)可以实现采出水的无机和有机污染物的混凝。在一些实施例中，采出水中氯离子的浓度可以大于或等于4,000mg/L、大于或等于10,000mg/L、大于或等于20,000mg/L、大于或等于50,000mg/L或甚至大于或等于100,000mg/L。在一些实施例中，采出水可以包含4,000毫克每升(mg/L)到150,000mg/L的氯离子。在其它实施例中，采出水可以包含10,000mg/L到150,000mg/L、20,000mg/L到150,000mg/L、50,000mg/L到150,000mg/L或100,000mg/L到150,000mg/L的氯离子。在生产操作条件下，采出水的pH范围可以为4到7。

采出水可以包含来自如破乳剂、水合物抑制剂、钻井液、隔离液或其它化学品等油田化学品的调配物的水溶性聚合物。这些水溶性聚合物的实例可以包含但不限于来自破乳剂组成的聚氧化乙烯、存在于水合物抑制剂中的聚酰胺、钻井液中使用的黄原胶(XC)聚合物、其它水溶性聚合物或聚合物的组合。这些水溶性聚合物可以充当螯合物质。例如，水溶性聚合物可以与铁(III)化合物强烈地相互作用以使得在混凝期间产生不溶性固体的更大的絮凝物。换句话说，采出水中的水溶性聚合物可以充当另外的絮凝剂，这可以减少或消除加入絮凝剂以改善从经过处理的水中分离经过混凝的不溶性固体的需要。

采出水可以包含溶解硫化氢(H₂S)以及其它溶解气体。采出水还可以包含溶解固体、悬浮固体、其它胶体材料或其组合，必须在再利用或再注入经过处理的采出水之前将其去除。

本公开在处理由石油和天然气生产产生的采出水的背景下描述了氯化辅助混凝系统和方法。然而，应理解，氯化辅助混凝系统和方法可以用于包含各种有机和无机污染物的其它含水组合物。例如，氯化辅助混凝系统和方法可以用于从在烃生产操作、烃精炼过程或其它化学或石油化工制造过程期间产生的其它含水料流中去除有机和无机污染物。所公开的氯化辅助混凝系统和方法特别适用于具有机污染物和高浓度氯离子以及固有铁(II)物种的含水组合物。

参考图1，描绘了用于从采出水102或其它含水料流中去除有机和无机污染物的氯化辅助混凝系统100的实施例。氯化辅助混凝系统100可以包含电氯化系统104、电氯化系统104下游的混凝系统106和混凝系统106下游的分离系统108。

在一些实施例中，电氯化系统104可以包含容器，如电氯化容器110。电氯化容器110可以包含多个电极174，所述电极可以包含阴极114和阳极116，所述阴极和阳极定位在电氯化容器110内以接触引入到电氯化容器110的采出水102。在一些实施例中，电氯化容器110可以包含2到20个电极174。电极174耦接到电源112，所述电源能够产生足以将采出水102中的氯离子转化为如次氯酸或次氯酸根等强氧化剂的电压和电流。在一些实施例中，电源112可以是直流(DC)电源。经过氯化的采出水流118可以从电氯化系统104的电氯化容器110传递到混凝系统106。经过氯化的采出水流118可能包含由电氯化系统104产生的强氧化剂。如本公开随后将讨论的，在电氯化系统104中进行的将氯离子转化为强氧化剂的电氯化过程可以产生氢气120，所述氢气可以从电氯化容器110中传递出去。在一些实施例中，将电极174定位在电氯化容器110的底部部分和/或中间部分中可以使所产生的氢气120能够在IGF过程中用作气体载体以从采出水中去除油滴。

在一些实施例中，混凝系统106可以包含混凝容器130。在混凝系统106中进行的混凝过程中，传递到混凝系统106的经过氯化的采出水流118中的强氧化剂可以将采出水102、经过氯化的采出水118或两者中的固有铁(II)物种转化为铁(III)，所述铁(III)是不溶性或部分可溶性固体。铁(III)可以与经过氯化的采出水118中的有机和无机污染物形成不溶性络合物以产生经过混凝的采出水流132。所产生的经过混凝的采出水流132可以从混凝容器130传递到下游分离系统108。分离系统108可以包含用于将经过混凝的不溶性固体颗粒154与经过处理的采出水152分离的一个或多个分离器150。

可以通过如例如次氯酸或金属次氯酸盐等氧化剂的存在来引发混凝过程。如本公开先前所描述的，可以借助于通过电解采出水而将已经存在于采出水中的氯离子转化为次氯酸或金属次氯酸盐来使用存在于采出水中的高浓度氯离子以原位形成少量的这些强氧化剂。贯穿本公开的电解步骤可以被称为电氯化。

电氯化已经用于对水进行氯化，所述水随后可以用作饮用水供人类消耗或用于对如例如游泳池等储槽进行消毒。电氯化还已经用于处理如船舶压载水等被污染的水。电氯化反应可以包含就地(原位)电解如氯化钠等金属氯化物，以在酸性条件下制备次氯酸(HClO)或者在碱性条件下制备次氯酸根(ClO^-)。在常规的电氯化中，通常在需氧条件下进行氯离子的电解以产生次氯酸或次氯酸根，其中通过加入氧气、臭氧、如过氧化氢等过氧化物、其它产氧化合物或其组合来促进氯化物的电解。本公开随后提供的反应1(RXN 1)和反应2(RXN 2)分别展示了在酸性条件和碱性条件两者下在需氧条件下的电氯化期间发生的氧化/还原反应。根据RXN 1在需氧条件和酸性条件下将氯离子电氯化为次氯酸的总反应电位为-0.261伏(V)。根据RXN 2在需氧条件和碱性条件下将氯离子电氯化为次氯酸根的总反应电位为-0.489V。

需氧电氯化-酸性条件

需氧电氯化-碱性条件

然而，当在需氧条件下执行氯化时，氧气的存在可以将反应推向更高的氯化物氧化态以产生例如亚氯酸根离子、氯酸根离子或高氯酸根离子。相比次氯酸根离子，这些更高氧化的氯化物更不稳定且毒性更大。此外，在酸性条件下(pH<3)的需氧氯化可以形成氯气，氯气是需要进一步处理并且从处理过程中传递出去的气流中去除的剧毒气体。

在石油或天然气生产操作中，在不存在氧气的情况下(使得工艺条件是厌氧的)将氯离子原位转化为次氯酸或次氯酸根可能更适合于烃工业环境。在厌氧条件下进行电氯化可以通过防止如原油或天然气等烃与氧气、臭氧、过氧化物、其它产氧化合物、氧化剂原料或其组合之间的接触来降低或消除氯化辅助混凝方法的火灾危险可能性。在采出水内将氯离子厌氧转化为次氯酸或次氯酸根还可以降低原油或其它石油流无意中被氧气、臭氧、过氧化物、产氧化合物或氧化剂原料污染的机会。本公开随后提供的RXN 3和RXN 4分别展示了在酸性条件和碱性条件两者下在厌氧条件的电氯化期间发生的氧化/还原反应。根据RXN3在厌氧条件和酸性条件下将氯离子电氯化为次氯酸的总反应电位为-1.49伏(V)。根据RXN4在厌氧条件和碱性条件下将氯离子电氯化为次氯酸根的总反应电位为-1.7177V。

厌氧电氯化-酸性条件

厌氧电氯化-碱性条件

如RXN 3和RXN 4所示，将氯离子厌氧转化为次氯酸(RXN 3)或次氯酸根(RXN 4)不需要引入氧气作为反应物并且不产生氧气作为反应产物。

参考图2，描绘了氯化物和铁系统的甫尔拜图。图2的甫尔拜图基于水溶液的电位(y轴)和pH(x轴)展示了包括氯化物和铁的水溶液的稳定平衡态。图2的附图标记202和204表示水的稳定极限。附图标记206是指在pH大于约7时氯离子与次氯酸根之间的稳定边界。在大于约7的特定pH下，当电压增加到次氯酸根的较小稳定边界206时，氯离子可以根据RXN4进行反应以产生次氯酸根离子。pH小于约7下次氯酸的较小稳定边界由附图标记208标识。在小于约7的特定pH下，当电压增加到次氯酸的较小稳定边界208时，氯离子可以根据RXN 3进行反应以产生次氯酸。图2的甫尔拜图描述了作为pH的函数的铁和氯化物物种的物理状态(例如，溶解或固体)。为了引发混凝(即，形成不溶性颗粒)，铁(III)离子必须处于pH范围介于2.5与12.5之间的溶液中。低于2.5和高于12.5的情况下，铁(III)物种可作为Fe³⁺ _(水溶液)和FeO₄ ^2- _(水溶液)离子溶于水中。铁(II)物种的溶解度也是考虑因素。铁(II)物种应保持可溶，直至转化为铁(III)。在小于约8.5或大于约10.5的pH下，不溶性氢氧化铁(II)不是有利的物理状态。因此，pH应小于8.5或大于10.5。因此，在一些实施例中，混凝系统100可以在2.5和8.5或10.5到12.5的操作pH下操作。如前所描述的，采出水的pH可以为4到7。在一些实施例中，混凝系统可以在2.5到8、2.5到7、3到8.5、3到8、3到7、4到8.5、4到8或4到7的操作pH下操作。在4到7的pH(其类似于进入的采出水的pH)下操作混凝系统可以通过消除用另外的工业化学品调整采出水的pH的需要来降低系统的操作成本。

返回参考图1，将对使用氯化辅助混凝系统100的电氯化系统104的电氯化过程的操作进行描述。可以将采出水102引入到电氯化容器110。在电氯化容器110中，采出水102与电极174接触。电源112在电极174之间(如在阴极114与阳极116之间)产生电位，从而使电流通过电氯化容器110中的采出水102。在一些实施例中，电位(电压)可以大于或等于1.5V或甚至大于或等于1.8V。例如，电压可以为1.5V到5V或1.8V到5V。电流可以使对采出水102的电解将氯离子转化为强氧化剂，如在酸性条件下转化为次氯酸或在碱性条件下转化为次氯酸根。经过氯化的采出水118可以从电氯化容器110传递到混凝容器130。经过氯化的采出水118可以包含采出水和次氯酸或次氯酸根的混合物。电氯化系统104可以连续、半连续或分批次执行。

在一些实施例中，电氯化系统104可以包含作为非牺牲电极的电极174。对电极174的电极材料的选择可能影响氯化辅助混凝方法的有效性。例如，常规电凝过程的限制是：在操作期间，牺牲铝基或铁基电极被不均匀地消耗，从而引起整个电氯化和混凝过程中的不均匀的反应条件。此外，在一些情况下，由于电极的不平衡消耗而产生的铝基或铁基碎片可能使电气系统短路，这可能触发过程停止。使用非牺牲电极可以通过提供平稳操作、均匀工艺条件以及氯化辅助混凝方法随时间的一致性能来克服这些限制。

电极174可以是具有至少一个由不被氯化辅助混凝方法的工艺条件消耗或腐蚀的电极材料制成的外表面的非牺牲电极。在一些实施例中，电极174中的一个或多于一个电极可以由包含但不限于石墨、前过渡金属、稀土元素或其组合的电极材料制成。如本公开所使用的，术语“前过渡金属”是指IUPAC周期表的CAS族IIIB、IVB、VB和VIB中的金属。稀土元素是指IUPAC元素周期表的镧系中的元素。在一些实施例中，电极材料可以包含碳、铈、铬、铪、金、钼、钐、硅、银、钽、钨、硫、锆或其组合中的一种或多种。电极材料还可以包含锆、钼、金、银、钽、钨、铬、碳、硫、硅或其组合的任何氧化物。可以适用于电极材料的碳材料的实例可以包含但不限于无定形碳、石墨、石墨烯、氧化石墨烯、碳纳米管、碳膜(如热解碳膜、掺硼金刚石膜、类金刚石碳膜)、热解石墨、其它类型的碳或其组合。在一些实施例中，电极可以由钽或如五氧化二钽(Ta₂O₅)等钽的氧化物制成。在仍其它实施例中，电极174可以包含支撑在惰性支撑材料上的电极材料外层，使得电极174的外表面包括电极材料。合适的惰性支撑材料可以包含但不限于玻璃、陶瓷、氧化钛、其它惰性支撑材料或其组合。

使用由这些前述材料制成的电极174可以减少或防止在氯化辅助混凝方法期间所经历的条件下的电极腐蚀。因此，由于电极的腐蚀或消耗，这些非牺牲电极可能需要较不频繁的更换。由于电极的成本以及停止氯化辅助混凝方法、使其对大气敞开以更换电极并且然后在使其重新投入操作之前清除系统中的空气的成本，在石油生产设施中更换电极可能是昂贵的工作。因此，使用非牺牲电极可以显著降低操作和维护氯化辅助混凝系统100的成本。例如，对于在经过归类的爆炸区域中(如在原油生产设施中)需要连续操作的工业应用，操作具有可消耗电极的厌氧电凝系统的经济性可能不高。这是因为可消耗电极需要半批次操作并频繁更换电极，因而与使用非牺牲电极的系统相比，增加混凝系统的资本费用(CAPEX)。另外，在半批次操作中更换可消耗电极要耗费大量人力，因而与使用非牺牲电极相比，产生更多的运营费用(OPEX)。

由于在电氯化或混凝过程期间对电极材料的消耗，某些材料(如例如铁或铝)可能不适合用作电极材料，这可能导致电极174的不均匀消耗并且增加如前所讨论的使电氯化系统短路的可能性。另外的材料可能不适合在电极材料处使用，因为在存在具有高浓度硫化氢的采出水(酸性采出水)的情况下观察到这些电极材料的腐蚀。

参考图10，在一些实施例中，氯化辅助混凝系统100可以包含多个电极174，所述电极可以包含多个阴极114和多个阳极116。电极174可以具有提供足以进行电氯化反应的表面积的形状。例如，在一些实施例中，电极174可以是平板，如图9所示的平板电极。这些平板电极可以具有矩形、正方形、圆形、椭圆形、多边形或任何其它形状的电极表面形状。在一些实施例中，电极174可以是矩形平板。可替代地，在其它实施例中，电极174可以是圆形平板。电极174可以具有大到足以提供电氯化系统104(图1)中的电极174与含水组合物之间的充分接触的电极表面的表面积。参考图1、4、5和6，在一些实施例中，电极174可以竖直地定位在电氯化容器110或处理容器140中(图6)。如本公开所使用的，竖直定位是指电极174的最大尺寸与图1、4、5和6的+/-Z轴对齐的电极174朝向。电极174可以竖直地定位在电氯化容器110或处理容器140的顶部、中间或底部部分中。参考图10，在其它实施例中，多个电极174可以水平地定位在电氯化容器110中。如本公开所使用的，水平定位是指电极174的最大尺寸基本上垂直于图10的坐标轴的+/-Z轴的电极174朝向。电极174也可以水平地定位在处理容器140中(图6)。电极174可以竖直地定位在电氯化容器110(图10)或处理容器140(图6)的顶部部分、中间部分或底部部分中。在一些实施例中，电极174可以竖直或水平地定位在电氯化容器100或处理容器140的中间部分或底部部分中以使在电极174处产生的氢气能够用作用于去除油滴和/或固体的浮选气体。

如RXN 3和RXN 4所示，在厌氧条件下操作的电氯化过程可以在阴极114的表面处产生氢气。氢气可以形成微泡，所述微泡可以与阴极114的表面分离并且向上行进穿过电氯化系统104中的采出水。氢气可以用于向含水组合物提供混合或者驱动采出水中固体颗粒和/或油滴的浮选。氢气最终可以从电氯化系统104中传递出去。在一些实施例中，在电氯化期间产生氢气微泡可以用于驱动经过混凝的固体、经过絮凝的固体、油滴或其组合的浮选。

参考图4，在一些实施例中，氯化辅助混凝系统100可以包含能操作以使电极174的极性周期性交替的电极极性交替器160。例如，在一些实施例中，电极极性交替器160可以包含能操作以切换电源112的端子的机电装置，电极174中的每个电极电耦接到所述端子。可替代地，在其它实施例中，电极极性交替器160可以包含能操作以使电极174的极性交替的精调电路系统。例如，在一些实施例中，电极极性交替器160可以包含电波形发生器，所述电波形发生器能操作以产生方波波形、矩形波形、脉冲波形、正弦波形、三角形波形、锯齿波形或其它合适类型的波形中的一种或多种波形。在一些实施例中，电极极性交替器160可以通信地耦接到用于控制电极极性的交替的控制器162。

用电极极性交替器160使电极174的极性交替可以减少或防止材料沉积在电极174的外表面上，这可以减少或防止电极174在氯化辅助混凝方法的操作期间产生积垢。在一些实施例中，使非牺牲电极174的极性交替可以改变电极174之间的氢气微泡产生以使氢气微泡更均匀地分布在整个采出水的体积中。

参考图10，在一些实施例中，氯化辅助混凝系统600可以包含能操作以平移或旋转处理容器140内的电极的电极旋转系统170。尽管电极旋转系统170被描绘为整合到图10所描绘的氯化辅助混凝系统600的单个处理容器140中，但电极旋转系统170也可以结合到图1、4和5所描绘的氯化辅助混凝系统100的电氯化容器110中。电极旋转系统170可以操作以使处理容器140内的电极174旋转或转动以使氢气泡或微泡产生均匀地分布在安置在处理容器140内的采出水中。在一些实施例中，电极174可以在处理容器140内旋转或转动以使氢气泡跨处理容器140的横截面均匀分布。在一些实施例中，电极174可以具有某一流体动力学形状，所述流体动力学形状可以使氢气微泡在电极174在处理容器140内旋转或转动的同时能够分布在整个处理容器140中。

参考图10，在一些实施例中，电极旋转系统170可以包含延伸到处理容器140的内部体积中的轴172以及耦接到轴172以与轴一起旋转的多个电极174。在一些实施例中，所述多个电极174可以包含多个阴极114和多个阳极116。轴172可以通过上部轴承180和任选的下部轴承182可旋转地耦接到处理容器140。驱动器176(如电动机或其它合适的驱动机构)可以可操作地耦接到轴170并且可以操作以使轴170和电极174相对于处理容器140旋转。电极旋转系统170还可以包含旋转接触器178，所述旋转接触器能操作以使电极174电耦接到电源112并且使电极174能够相对于电源112旋转。例如，旋转接触器178可以包含滑环或其它旋转接触器或其组合。设想了电极旋转系统170的其它配置。

在一些实施例中，氯化辅助混凝系统100可以包含电极极性交替器160和电极旋转系统170两者。参考图10，旋转接触器178可以电耦接到电极极性交替器160。电极极性交替器160可以电耦接到电源112并且可以操作以使耦接到电极旋转系统170的轴172的电极174的极性交替。如前所描述的，电极极性交替器160可以通信地耦接到用于控制电极极性交替器160的操作的控制器162。因此，在这些实施例中，电极174可以通过电极旋转系统170在处理容器140内物理地旋转或转动，并且同时电极174的极性可以通过电极极性交替器160进行交替。具有合适的流体动力学设计的旋转或转动电极与用于使电极极性交替的精调电路系统的组合可以改善从采出水中去除有机和无机化合物。

如本公开先前所讨论的，电氯化过程可以在厌氧条件下在2.5到8.5(如2.5到8、2.5到7、3到8.5、3到8、3到7、4到8.5、4到8或4到7)的pH范围内进行。可替代地，在一些其它实施例中，电氯化过程可以在厌氧条件下在10.5到12.5的pH范围内进行。在一些实施例中，电氯化过程可以在采出水的pH下进行。例如，采出水的pH可以为4到7，并且电氯化过程可以在4到7的微酸性pH范围内厌氧地进行以避免调整采出水的pH。

在一些实施例中，电氯化过程可以在足以产生刚好足够引发铁(III)混凝过程的氧化剂(次氯酸或次氯酸根)的条件下进行。在一些实施例中，电氯化过程可以产生浓度为0.1mg/L到10,000mg/L，如0.1mg/L到4000mg/L、0.1mg/L到600mg/L、0.1mg/L到200mg/L、0.1mg/L到50mg/L、50mg/L到10,000mg/L、50mg/L到4000mg/L、50mg/L到600mg/L、50mg/L到200mg/L、200mg/L到10,000mg/L、200mg/L到4000mg/L、200mg/L到600mg/L、600mg/L到10,000mg/L、600mg/L到4000mg/L或4000mg/L到10,000mg/L的氧化剂，包含次氯酸、次氯酸根离子或两者。例如，在包含对甜性采出水的处理的一些实施例中，电氯化过程可以被配置成产生0.1mg/L到200mg/L或0.1mg/L到50mg/L的氧化剂，包含次氯酸、次氯酸根离子或两者。可替代地，在包含对酸性采出水的处理的其它实施例中，电氯化过程可以被配置成产生600mg/L到10,000mg/L的氧化剂，包含次氯酸、次氯酸根离子或两者。在一些实施例中，电氯化过程可以在3.5巴(350,000帕)的操作下产生200mg/L到4000mg/L的氧化剂，包含次氯酸、次氯酸根离子或两者。

电氯化过程可以在足以使电氯化在厌氧条件下进行的以伏特(V)为单位的电流电位(电压)下操作。当电压大于或等于反应的反应电位时，电氯化可以在无氧气的情况下在厌氧条件下进行，这可能取决于采出水的pH条件。对于在pH小于7的酸性条件下由氯离子厌氧地产生次氯酸来说，用于产生次氯酸的反应电位为-1.49V，如RXN 3所指示的。因此，在酸性条件下，当电压大于或等于1.49V时，电氯化反应在厌氧地进行。对于在pH大于7的碱性条件下由氯离子厌氧地产生次氯酸来说，用于产生次氯酸根的反应电位为1.72V。因此，在碱性条件下，当电压大于或等于1.72V时，进行电氯化反应。例如，如果将电压设置为1.6V，则将会发生氯离子在酸性条件下厌氧地转化为次氯酸，因为电流电位的大小大于本公开先前所呈现的RXN 3中提供的-1.49V的反应电位的大小。然而，在碱性条件下，将不会发生氯离子厌氧地转化为次氯酸根离子，因为电流电位的大小小于本公开先前所呈现的RXN 4中所示的-1.72的反应电位的大小。如果电流电位小于1.49V，则不会发生氯离子在厌氧条件下转化为次氯酸或次氯酸根离子。在一些实施例中，在电极处施加的电位差(电压)可以是1.5V到5.0V、1.5V到4.0V、1.5V到3.0V、1.5V到2.0V、1.5V到1.8V、1.7V到5.0V、1.7V到4.0V、1.7V到3.0V、1.7V到2.0V、1.8V到5.0V、1.8V到4.0V、1.8V到3.0V或1.8V到2.0V。

通过电极之间的采出水的电流量可以控制强氧化剂的产率。采出水中转化为强氧化剂——次氯酸或次氯酸根的氯离子的量与通过电极之间的采出水的电流大小成比例。因此，形成的氧化剂的量可以通过控制通过电极之间的采出水的电流的量来控制，如通过控制电极之间的电流密度。因此，可以通过控制电流的量以控制强氧化剂的产生来精调电氯化过程。电氯化系统可以包含用于检测强氧化剂的产生量的氧化还原电位(ORP)传感器。ORP可以定位在电氯化容器110(图1)内或电氯化容器110下游。在一些实施例中，氯化辅助混凝系统100可以包含定位在电氯化容器110内、电氯化容器110下游、混凝容器130下游或其组合的多个ORP传感器。可以基于由ORP传感器检测到的强氧化剂的量来调整电流量。

电氯化过程可以在足以产生足以引发和维持采出水中的铁(II)转化为铁(III)以引发和维持混凝过程的强氧化剂(次氯酸或次氯酸根)的电流密度下操作。在一些实施例中，电流密度的范围可以为1毫安每平方厘米(mA/cm²)到1安每平方厘米(A/cm²)。

电氯化过程以及氯化辅助混凝方法作为整体可以在烃生产和烃精炼操作中典型的操作条件下进行。例如，氯化辅助混凝方法(包含电氯化过程)可以在由生产过程产生的采出水的压力下进行。在一些实施例中，氯化辅助混凝方法(包含电氯化过程)可以在大于大气压的压力下进行。例如，氯化辅助混凝方法(包含电氯化过程)可以在1巴(100千帕)到10巴(1,000千帕)的压力下进行。参考图1，在一些实施例中，电氯化容器110、混凝容器130或两者均可以是能够在100kPa到1,000kPa的压力下操作的压力容器。

相比之下，在有氧条件下在大于大气压的压力下对采出水进行电氯化可能会引起形成硫酸盐，当将经过处理的采出水再注入回到地层中时，所述硫酸盐可能会阻塞地下地层的岩石孔。如本公开先前所讨论的，采出水可以包含溶解硫化氢气体。在压力下，需氧氯化中使用的氧化剂可以与硫化氢中的硫反应以产生硫酸根。当将经过处理的采出水再注入回到地层中时，这些硫酸根可能与钡离子、钙离子和锶离子形成不溶性盐。这些不溶性盐可以沉积在地层的岩石中的孔中并且堵塞岩石中的这些孔。结果可能是地层中的石油产量减少。有氧电氯化过程中的另外的压力也可能使另外的氧气溶解到采出水中，这可能需要在处理过程下游加入除氧剂以对水进行进一步处理从而以满足将所述水再利用于工业过程中或将所述水再注入到储油地层中的氧气水平规范。因此，在厌氧条件下操作本公开的氯化辅助混凝方法可以减少或防止在经过处理的采出水中形成硫酸盐并且减少或消除引入另外的除氧剂以去除过量溶解氧的需要。

在一些实施例中，氯化辅助混凝方法(包含电氯化过程)可以在烃生产或烃精炼操作典型的温度下进行。例如，在一些实施例中，氯化辅助混凝方法(包含电氯化过程步骤)可以在25摄氏度(℃)到80℃的温度下进行。参考图1，在一些实施例中，电氯化容器110、混凝容器130或两者可以包含用于在整个氯化辅助混凝方法中保持采出水102的温度的一个或多个传热系统。

在一些实施例中，氯化辅助混凝方法100(包含电氯化过程104)可以在气油分离设备(GOSP)过程的最后一级典型的压力和温度下进行，其中可以将引入到氯化辅助混凝方法100的含水组合物从通常被称为油水分离器(WOSEP)的水处理设施中取出。在这些工艺条件下，氯化辅助混凝方法100(包含电氯化过程104)可以在100kPa到1000kPa的压力和10℃到60℃的温度下进行。从GOSP和/或WOSEP获得的含水组合物可以包含如但不限于以下的污染物：高达0.1体积％的非溶解油；高达0.1体积％的细悬浮固体颗粒；溶解酸性气体(如CO₂、H₂S)；其它污染物；或这些污染物的任何组合。在这种工艺条件下，引入到氯化辅助混凝方法100(包含电氯化过程104)的含水组合物的流动速率可以为1立方米每小时(m³/hr)到1000m³/hr。例如，在一些实施例中，引入到氯化辅助混凝方法100(包含电氯化过程104)的含水组合物的流动速率可以为1m³/hr到300m³/hr、10m³/hr到1000m³/hr、10m³/hr到300m³/hr或300m³/hr到1000m³/hr。在一些实施例中，含水组合物在氯化辅助混凝方法100的电氯化过程100中(如在电氯化容器110中)的停留时间可以为10秒到10分钟。在一些实施例中，含水组合物在氯化辅助混凝方法100的混凝容器130中的停留时间可以为5分钟到60分钟。

在电氯化过程之后，如次氯酸或次氯酸根等强氧化剂可以与采出水中的固有溶解铁(II)物种反应以将铁(II)氧化成铁(III)。与常规混凝和电凝系统相比，对已经存在于采出水中的固有溶解铁(II)物种进行氧化以产生铁(III)(所述铁(III)然后可以用于根据本公开对有机和无机污染物进行混凝)可以提供许多优点。

常规的混凝过程通过两种方法之一引入铁(III)。在第一类常规混凝过程中，如硫酸铁(III)(Fe₂(SO₄)₃)或硫酸铝(III)(Al₂(SO₄)₃)等混凝剂通常作为固体加入到反应器并且通常在需氧条件下在大气温度和压力下执行混凝。但是，这些常规混凝剂的加入也会带入氧气，这对从采出水中回收的油的质量是不利的。而且，将这些常规混凝剂加入采出水中会在经过处理的采出水中产生硫酸根离子。如本公开先前所讨论的，当将经过处理的采出水再注入回到地层中时，这些硫酸根可能与钡离子、钙离子和锶离子形成不溶性盐。这些不溶性盐可能沉积在地层的岩石的孔中并且堵塞岩石中的这些孔，从而造成岩石中的流动限制。结果可能是由于流动限制而导致来自地层的烃的生产率降低。在有氧条件下使用常规混凝剂还会导致在整个处理设施和管道网络中形成水垢，并且增加氧气浓度会增加设备和管道的腐蚀速率。此外，在有氧条件下使用常规混凝剂还可能导致细菌生长并且可能改变水的性质。最后，硫酸铝(Al₂(SO₄)₃)是化学上有害的物质并且产生材料处理和储存安全问题。

第二类常规混凝过程涉及使用牺牲铁或铝电极进行电凝。在这类常规混凝过程中，牺牲电极和含水组合物可以形成电池，并且可以由通过牺牲电极和水溶液形成的电池提供电流。从电极上消耗铁或铝以在水溶液中产生铁(III)或铝(III)离子。应注意，典型的电凝过程使用铁(0)或铝(0)金属的牺牲电极，所述铁(0)或铝(0)金属从氧化态(0)变为(III)。常规电凝可以在有氧条件下根据反应5(RXN 5)在酸性条件下进行或者根据反应6(RXN 6)在碱性条件下执行。如随后所示出的，对于RXN 5，由电极和溶解于含水组合物中的氧气形成的电池的电压电位为1.269V。常规电凝还可以在厌氧条件下根据反应7(RXN 7)在酸性条件下进行并且根据反应8(RXN 8)在碱性条件下执行。对于RXN 8，反应电极电位为负，这意指反应不会自发发生。对于RXN 8，必须在电极处提供-0.7877的电流电位以使反应进行。本公开随后提供RXN 5到RXN 8。

需氧电凝-酸性条件

需氧电凝-碱性条件

厌氧电凝-酸性条件

厌氧电凝-碱性条件

常规电凝过程通常在需氧条件下执行以避免产生氢气。氢气是易燃的并且在其它行业中通常是不期望的。此外，在存在氧气的情况下，铁电极氧化成铁(III)物种的反应是自发反应，如由RXN 5和RXN 6中的正反应电位所示。相比之下，在厌氧条件下运行的同一常规电凝过程在酸性条件下将非常缓慢地发生，如由RXN 7的非常小的正反应电位所示。在RXN 8所示的碱性条件下，电凝在厌氧条件将是非自发的，并且因此不会形成铁(III)物种。在碱性条件下厌氧地发生铁(0)转化为铁(III)需要至少0.7877V的电压。

与常规混凝过程相比，与需要加入固体混凝剂或消耗可消耗电极以产生混凝剂的常规混凝过程相比，本公开所描述的氯化辅助混凝方法不需要加入混凝剂。氯化辅助混凝方法反而使用已经存在于采出水中和/或已经加入到采出水中的铁(II)化合物。如前所描述的，在氯化辅助混凝方法的电氯化步骤期间产生的次氯酸或次氯酸根可以与采出水中的铁(II)化合物反应以将铁(II)转化为铁(III)。

在氯化步骤期间产生的强氧化剂(如次氯酸(HClO)或次氯酸根(ClO^-))可以容易与采出水中的铁(II)物种反应以产生铁(III)。此铁(III)可能是不溶的或仅部分地溶于pH为3到10的采出水中。本公开随后提供的反应9(RXN 9)和反应10(RXN 10)示出了在形成部分可溶性铁(III)中的氧化还原反应的级联的示意性概述。RXN 9展示了用于在酸性条件下形成铁(III)的反应，并且RXN展示了在碱性条件下形成铁(III)的反应。

形成铁(III)-酸性条件

厌氧电凝-碱性条件

参考图2，展示了包括铁和氯离子的水溶液的甫尔拜图。甫尔拜图还描述了作为pH的函数的相关铁和氯化物物种的物理状态，如溶解或固体。图2显示，在2.5到8.5的pH范围内，铁(II)离子、次氯酸和次氯酸根离子是可溶的，并且铁(III)物种是不可溶的。因此，如前所讨论的，混凝过程将在2.5到8.5或3到8的pH范围内发生。

根据本公开的氯化辅助混凝方法的实施例将存在于采出水中的固有铁(II)转化为铁(III)以引发混凝不会导致将硫酸根离子加入经过处理的采出水中。此外，在氯化辅助混凝系统中，硫和氧气的反应不会产生硫酸根离子，因为所述过程不会将氧气引入采出水中。因此，通过氯化辅助混凝方法产生的经过处理的采出水具有显著较小浓度的硫酸盐，并且更适于再注入回到地层中。通过氯化辅助混凝方法产生的具有较小浓度的硫酸盐的经过处理的采出水还可能更适于以水的再利用或再循环为目的的进一步处理过程，如使用膜技术进行水脱盐。

另外，通过将采出水中的铁(II)化合物转化为铁(III)来产生铁(III)物种不需要通过消耗牺牲电极来引入铁。如前所描述的，使用牺牲电极可能导致电极的不均匀消耗，从而随时间的推移引起不均匀的反应条件，并且电极可能由于从电极释放的碎片或小片(其原因是电极材料的不均匀消耗)而发生短路。通过使用非牺牲电极并且将铁(II)转化为铁(III)以提供混凝剂，本公开的氯化辅助混凝方法可以随时间的推移提供一致的操作条件并且可以降低电极定期更换的频率或消除电极定期更换。在氯化辅助混凝方法中使用非牺牲电极还可以使电极的形状和表面设计能够操纵电场以将微泡均匀地分布在电氯化容器内。这可以相对于电极表面上的空间位置产生均匀操作条件。

除了将固有铁(II)转化为铁(III)之外，强氧化剂——次氯酸或次氯酸根——还可以将可能有毒或对环境有害的有机化合物(如苯酚、原油液滴或其它溶解有机物)氧化成环保化合物，如二氧化碳或其它较小的有机化合物。例如，在一些实施例中，剧毒苯酚可以被强氧化剂氧化成较小的有机分子以将苯酚从采出水中去除或将其浓度降低到无法检测到的浓度以下。通过强氧化剂氧化有机化合物而产生的环保化合物中的一些环保化合物可能是有用的化学品。例如，在电氯化过程步骤期间产生的强氧化剂可以对采出水中的至少一部分油和其它溶解有机化合物进行氧化以取决于反应条件而将原油和其它溶解有机化合物转化为羧酸或羧酸盐。羧酸或羧酸盐可以表现出表面活性剂性质，如果再注入到储油层中，则所述表面活性剂性质可以有益于辅助原油回收化学品。

参考图1，强氧化剂将固有铁(II)氧化成铁(III)可以部分地在电氯化容器110、混凝容器130或两者中发生。在一些实施例中，强氧化剂将铁(II)氧化成铁(III)可以在电氯化容器110中开始并且随着经过氯化的采出水流118从电氯化容器110传递到混凝容器130而继续。

有机和无机化合物的混凝可能需要带正电荷的不溶性(或部分可溶性)颗粒。这种颗粒可以包含例如铁(+III)物种、铝(+III)物种或两者。然而，铁盐可能是特别有利的，因为铁具有多于两种氧化态(0、+II和+III)，而铝仅具有两种氧化态(0和+III)。此外，与在pH值为2.5到8.5的范围内部分可溶或不溶的铁(+III)化合物相比，铁(+II)物种在pH操作范围内可溶，并且优选地在4到7的采出水的pH条件下可溶。本公开所描述的氯化辅助混凝方法使用铁(III)来对有机和无机化合物进行混凝。

参考图1，在所描绘的氯化辅助混凝系统100中，经过氯化的采出水流118可以传递到混凝系统106的混凝容器130。在一些实施例中，混凝系统106可以任选地包含用于在混凝过程期间对经过氯化的采出水118进行混合的搅拌系统126。搅拌系统126可以包含但不限于一个或多个搅拌器、混合器、起泡器、充气器、挡板、能够混合混凝容器130的内容物的其它装置或其组合。

另外，混凝系统106可以包含可以用于控制氯化辅助混凝方法的操作的一个或多个传感器164(图5)(未示出)。传感器164可以操作以测量电氯化容器110中或电氯化容器110下游的水溶液的性质。例如，传感器164可以包含OPR传感器、pH计、总溶解固体(TDS)传感器、光学传感器、其它传感器或其组合中的一种或多种。在一些实施例中，传感器164可以安置在到氯化辅助混凝系统100的采出水102进料流上以测量采出水102的一种或多种性质。由传感器164测量的性质可以包含采出水102、经过氯化的采出水流118、经过混凝的采出水流132、经过处理的采出水流152或其组合的次氯酸或次氯酸根的浓度、pH、总溶解固体、有机物浓度、浊度、铁浓度、氧化还原电位或其它性质。在一些实施例中，传感器164可以包含光学传感器，所述光学传感器使用紫外线、可见光或红外光来测量采出水102、经过氯化的采出水流118、进过混凝的采出水流132、经过处理的采出水流152或其组合中的有机物的量。在一些实施例中，传感器164可以定位在经过氯化的采出水流118、经过混凝的采出水流132或经过处理的采出水流152中以测量这些料流的性质。混凝系统106还可以包含浊度传感器(未示出)以监测混凝容器130中的铁(III)絮凝物的浓度。在一些实施例中，氯化辅助混凝系统100可以包含用于测量采出水102、经过氯化的采出水118、经过混凝的采出水132、经过处理的采出水152或其组合中的铁(II)的浓度的在线比色铁分析仪。

参考图3，描绘了混凝过程的示意图。在混凝过程期间，在电氯化步骤中形成的强氧化剂可以将经过氯化的采出水118中的可溶性铁(II)304转化为不溶或部分可溶的铁(III)颗粒310。铁(III)颗粒310可以静电地吸引溶解有机化合物306(如芳香族化合物)、带负电荷的胶体308或两者以形成不溶性固体颗粒312。如向下箭头所指示的(即，指向图3中坐标轴的-Z方向的箭头)，不溶性固体颗粒312可以从经过氯化的采出水118中沉淀。

在一些实施例中，混凝过程可以在可以使采出水102中的固有铁(II)转化为铁(III)(如例如氢氧化铁(III))的pH下进行。例如，在一些实施例中，混凝过程可以在2.5到8.5、2.5到8、2.5到7、3到8.5、3到8、3到7、4到8.5、4到8、4到7或10.5到12.5的pH下进行。与电氯化过程一样，混凝过程可以在石油或天然气生产过程和烃精炼操作典型的操作条件下进行。例如，混凝过程可以在1巴(100千帕)到10巴(1,000千帕)的压力下进行。混凝过程还可以在烃生产或烃精炼操作典型的温度下进行。例如，在一些实施例中，混凝过程可以在25摄氏度(℃)到80℃的温度下进行。

在一些情况下，采出水或其它含水料流中的固有铁(II)浓度可能不足以维持足以满足水再利用或再注入到地下地层中的行业标准的采出水中的有机和无机污染物的混凝。因此，在一些实施例中，补充性铁(II)化合物(如但不限于可商购获得的氯化铁(II)(FeCl₂)、醋酸铁(II)或其组合)可以作为补充物加入所述过程。加入补充性铁(II)化合物可以提高氯化辅助混凝方法的性能。

参考图4，在一些实施例中，可以将补充性铁(II)化合物134引入到氯化辅助混凝系统100的电氯化容器110。在通过电氯化过程产生强氧化剂时，将补充性铁(II)化合物134引入到电氯化容器110可以使补充性铁(II)化合物134可用于转化为铁(III)物种。在一些实施例中，可以使用注入系统(未示出)将补充性铁(II)化合物注入到电氯化容器110中。可替代地，可以将补充性铁(II)化合物134引入到混凝容器130，如图4的虚线所指示的。

参考图3，所述图展示了混凝和絮凝过程的示意图，取决于由铁(III)混凝的胶体和/或溶解有机化合物的重量，可以将絮凝剂化合物314加入到经过氯化的采出水118。絮凝剂化合物314可以起到将不溶性固体颗粒312中的颗粒结合成较大的附聚物或絮凝物316以增加不溶性固体颗粒312的平均重量的作用。较大的絮凝物316可以增加与胶体308和有机化合物306混凝的铁(III)颗粒的沉降速率，如较大的向下箭头(即，指向图3中的坐标轴的-Z方向的较大箭头)所指示的。增加沉降速率可以增加有机和无机化合物的去除速率。絮凝剂化合物可以包含但不限于壳聚糖、聚氧化乙烯、其它絮凝剂化合物或絮凝剂化合物的组合中的一种或多种。参考图4，可以将包括一种或多种絮凝剂化合物314(图3)的絮凝剂组合物136引入到混凝容器130。

然而，应注意，在一些实施例中，可能不需要加入可消耗的絮凝剂化合物。例如，在油气行业中，可以在许多油田化学品组成中找到聚氧化乙烯(PEO)。经过混凝的采出水132中还可能存在其它水溶性聚合物并且所述聚合物可以提供絮凝效果。因此，在一些实施例中，将絮凝剂组合物136加入到混凝容器130可能不会提供有机和无机化合物的去除的显著增加，因为采出水102可能含有足够量的PEO和其它絮凝剂聚合物以对经过混凝的不溶性固体进行絮凝。随后，本公开所描述的氯化辅助混凝方法可以通过利用这些材料的絮凝性质来提供实现对油田化学品(如PEO和其它水溶性聚合物)的螯合成分的去除的意外结果，所述絮凝性质可以将这些材料作为不溶性固体颗粒154的一部分进行去除。在采出水102中存在PEO和其它水溶性聚合物可以减少加入到氯化辅助混凝方法中用于增加经过混凝的不溶性固体的沉降速率的絮凝剂的量。

参考图1和4，氯化辅助混凝方法可以包含混凝容器130下游的分离系统108。经过混凝的采出水132可以从混凝容器130传递到分离系统108，并且分离系统108可以将不溶性固体颗粒154与经过混凝的采出水132分离以产生经过处理的采出水152。分离系统108可以包含能够将不溶性固体颗粒154与经过处理的采出水152分离的分离器。分离器的实例可以包含但不限于气体浮选系统、沉降系统(如沉降池或倾析系统)、过滤器(如压滤机、旋转过滤器或其它类型的过滤器)、膜分离器、离心分离器、核桃壳分离系统、颗粒床工艺、使用吸附材料的水净化系统、其它类型的固/液分离器或分离器的组合。

经过处理的采出水152可以满足用于水再利用或将水再注入到地下地层中的行业标准。例如，如以上所讨论的，按采出水的总体积计，进入的采出水或其它含水组合物或料流的油含量可以大于0.1体积％(vol.％)。处理之后，经过处理的采出水152或其它经过处理的含水组合物或料流的油浓度可以小于50毫克每升(mg/L)。另外，在氯化辅助混凝方法中，如苯酚等有害有机化学品可以与强氧化剂反应以将有害有机化学品分解成无害化学品或者通过混凝以其它方式从采出水中去除。在一些实施例中，经过处理的采出水152或其它经过处理的含水组合物或料流可以基本上不含酚类化合物。如相对于苯酚和其它有害有机化合物所使用的，术语“基本上不含”某一组分意指在料流、容器或反应区的特定部分中该组分少于百万分之0.01份(ppm)。作为实例，基本上不含苯酚的经过处理的采出水152可以具有小于0.01ppm的苯酚。

氯化辅助混凝方法还可以从采出水中去除无机污染物。无机物的共沉淀可以主要在碱性pH条件下发生。例如，在碱性条件下，氯化辅助混凝方法可以从采出水中去除锶、钡和其它无机物种。如果要将经过处理的采出水152再注入返回到储层中，则去除这些无机成分可以降低堵塞储层的风险。

在一些实施例中，可以将经过处理的采出水152传递到一个或多个下游处理系统以进行进一步处理。例如，本公开所描述的氯化辅助混凝方法可以在油气生产设施中使用，在油气生产设施中，原油与采出水分离。在这种气油分离设备(GOSP)中，通常在再注入到储层或处置井中之前对采出水进行脱油。常规的采出水脱油操作可以在被称为水油分离器(WOSEP)的大型重力分离器中进行，或者通过其它技术进行，如气浮选；离心(如通过使用水力旋流器)；化学处理等。采出水的脱油使采出水的油含量从约1vol.％减少到水再注入到油层中的规格，所述规格为百万分之50-20体积份，这取决于石油生产现场。尽管在油气生产设施处的使用方面描述了所述方法，但是这种方法还可以用于在炼油厂、石油化工装置和其中需要净化含油水的其它设备中的操作。

所描述的氯化辅助混凝方法可以提供用于净化油田采出水并且从采出水中去除固体、有机溶解化合物和油污染物的新解决方案。然后可以将水送去进行如脱盐等进一步处理或在使用应用或再注入到地质地层中。从采出水中去除的回收油在市场上可能具有价值。在一些实施例中，氯化辅助混凝方法可以用作作为基于膜的水脱盐设备的一部分的预处理过程。积垢是将膜技术应用于水处理的主要缺点。氯化辅助混凝方法可以通过预处理采出水以除去油滴、有机化合物、固体颗粒、潜在结垢性盐或其组合来减少或防止膜堵塞以及对积垢的过滤和脱盐膜的清洗。

用非牺牲电极进行的氯化辅助混凝方法可能适用于在油气生产条件下对采出水进行脱油。例如，氯化辅助混凝方法可以被设计成满足经过分类的爆炸环境的安全要求。可以调整氯化辅助混凝方法以适应宽范围的体积进料速率，因此提供用于在再注入到储油地层中之前净化大量采出水的解决方案。当再注入水的油含量的规格由于致密储层岩石而较低(在水中低于约50ppm原油)时，这可能优于常规的水力旋流器过程。

此外，氯化辅助混凝方法可以是节能的。通过提供节能过程来去除采出水中的分散原油而不降低其质量，氯化辅助混凝方法可以提供石油生产设备的最后分离级的替代方案，所述替代方案比水油分离器(WOSEP)更紧凑并且比水力旋流器更有竞争力。因此，氯化辅助混凝方法可以在用于海上石油生产的平台上使用。

如本文所描述的，当整合在采出水处理过程中时，氯化辅助混凝方法可以提供对膜积垢和设施结垢问题的解决方案。目前，还没有用于减轻含油水过程中膜的积垢的广泛接受的可靠技术解决方案。积垢阻碍了油气行业中陶瓷过滤技术的部署。当用作给水的预处理时，氯化辅助混凝方法可以提供保护过滤膜的技术解决方案，并且在所述方法中回收一些原油。此外，通过提供降低对基于膜的水处理过程的清洁要求的方式，本发明的方法可以提供处理大量的水以供再利用的具有成本竞争力的替代方案。由于氯化辅助混凝方法可在厌氧条件下操作，因此其还可以适用于油生产行业，包含但不限于脱盐前的采出水抛光和用于在页岩油生产中执行的压裂工作的水处理。

在一些实施例中，经过处理的采出水152可以传递到脱盐过程(如膜脱盐过程)以进一步净化水。氯化辅助混凝方法可以从采出水中充分去除油和有机物以减少或防止下游膜脱盐过程或其它膜分离系统中的分离膜的积垢。

在一些实施例中，可以将经过处理的采出水152再注入到地下地层中。例如，可以将经过处理的采出水152再注入到地下地层中以在生产期间保持地层中的静水压力。在其它实例中，可以将经过处理的采出水152再注入到地层中以迫使油、气或两者朝着生产井行进。在一些实施例中，经过处理的采出水152可以重新用于产生如例如钻井泥浆或隔离液等各种钻井液。设想了经过处理的采出水152的其它用途。

在一些实施例中，可以将从经过处理的采出水152中分离的不溶性固体颗粒154传递到下游处理过程以从不溶性固体颗粒154中回收油。可替代地，在一些实施例中，从采出水102中回收油可以在电氯化容器110中进行或者在将采出水102引入到电氯化容器110之前进行以防止形成油性铁(III)絮凝物并消除下游处理油性铁(III)絮凝物的需要。

本文所描述的氯化辅助混凝方法可以适用于以下：石油生产设备处的采出水/原油分离；炼油厂处的水脱油；从加工行业中的工艺用水中去除有机污染物；在膜过滤或脱盐之前预处理给水；处理用于砂沥青生产的水；处理和净化采出水以于海上和陆上环境中废弃处置；以及使用压裂技术处理并净化页岩油和页岩气生产中使用的采出水。

参考图4，氯化辅助混凝系统100可以包含电氯化区111和混凝区131。在一些实施例中，混凝区131可以定位在电氯化区111下游。在一些实施例中，电氯化区可以安置在电氯化容器110内，并且混凝区131可以安置在定位于电氯化容器110下游的混凝容器130内。在一些实施例中，电氯化容器110、混凝容器130或两者可以是能够在100kPa到1,000kPa的压力下操作的压力容器。如图4所示，在一些实施例中，可以将全部采出水102引入到电氯化区111以经历电氯化。电氯化区111可以包含电极174，如阳极116和阴极114，所述电极可以电耦接到电源112以使电流通过电氯化区111中的采出水102。如图4所示，可以任选地将补充性铁(II)化合物134引入到电氯化区111或混凝区131中的采出水102。还可以任选地将絮凝剂组合物136引入到混凝区131中的经过氯化的采出水118。

在使用图4的氯化辅助混凝系统100的氯化辅助混凝方法的操作中，可以将采出水102或其它水溶液引入到电氯化区111。如本公开先前所讨论的，采出水102可以至少包含水、氯离子、铁(II)离子和一种或多种有机化合物，如例如油或溶解烃。可以通过使电流通过电氯化区111中的采出水102来在电氯化区111中将采出水102中的氯离子中的至少一部分转化为次氯酸根或次氯酸。可以使电流通过电极174之间的采出水102。可以将经过氯化的采出水118从电氯化区111传递到混凝区131。经过氯化的采出水118中的铁(II)物种的至少一部分可以被次氯酸或次氯酸根氧化以产生铁(III)物种。铁(II)氧化成铁(III)可以在电氯化区111、混凝区131或两者中发生，或者可以至少部分地在经过氯化的采出水118从电氯化区111传递到混凝区131期间发生。有机化合物中的至少一部分可以用混凝区131中的铁(III)物种进行混凝以产生包括采出水中的多个不溶性固体颗粒的经过混凝的采出水132。

可以使不溶性固体絮凝成可以从采出水中分离的不溶性固体颗粒154。在一些实施例中，可以通过将可消耗的絮凝剂组合物136引入到混凝区131中的经过混凝的采出水132来使不溶性固体絮凝成不溶性固体颗粒154。可替代地，可以通过使不溶性固体与采出水102中存在的PEO或其它水溶性聚合物接触来使不溶性固体絮凝成不溶性固体颗粒154。可以将经过混凝的采出水132传递到分离系统108，在所述分离系统中，可以将不溶性固体颗粒154从经过混凝的采出水132中分离以产生经过处理的采出水152。

参考图5，在一些实施例中，氯化辅助混凝系统100可以包含电氯化区111、电氯化区111下游的混凝区131、电氯化进料流122和旁路124。电氯化进料流122可以定位成将采出水102的第一部分引入到电氯化区111。旁路124可以流体耦接到电氯化进料流122和混凝区131。旁路124可以定位成将采出水102的第二部分在不穿过电氯化区111的情况下直接传递到混凝区131。采出水102的第二部分可以是采出水102的未被引入到电氯化区111的剩余部分。电氯化进料流122可以包含控制阀166A，并且旁路124可以包含控制阀166B，以控制采出水102的引入到电氯化区111的部分与采出水102的在不穿过电氯化区111的情况下传递到混凝区131的剩余部分的比率。可以控制引入到电氯化区111的采出水102的量以控制在电氯化区111中产生的强氧化剂(次氯酸或次氯酸根)的量。

参考图5，在操作中，可以将采出水102分离成电氯化进料流122和旁路124。可以将包括采出水102的电氯化进料流122引入到电氯化区111，并且可以在不穿过电氯化区111的情况下将旁路124直接引入到混凝区131。将采出水102分离成电氯化进料流122和旁路124可以通过仅使采出水102的一部分经历电氯化步骤来增加氯化辅助混凝系统100的容量。另外，与全部采出水都经历电氯化的氯化辅助混凝系统的实施例相比，仅将采出水102的一部分传递到电氯化容器110还可以大大降低图5的氯化辅助混凝系统100的电能消耗。

在电氯化区111中，可以通过使电流通过电氯化区111中的采出水102来将电氯化进料流122的采出水102的第一部分中的氯离子中的至少一部分转化为强氧化剂(次氯酸或次氯酸根，取决于pH)。可以将经过氯化的采出水118从电氯化区111传递到混凝区131，在所述混凝区处，经过氯化的采出水118与通过旁路124直接引入到混凝区131的采出水102混合。来自经过氯化的采出水118的强氧化剂可以氧化采出水102中的固有铁(II)物种和经过氯化的采出水118以形成铁(III)物种。可以用混凝区131中的铁(III)物种使采出水102的有机和无机成分混凝，并且可以使所述成分在混凝区131中以固体形式从水相中沉淀出来。

在一些实施例中，可以将补充性铁(II)化合物引入到电氯化区111或混凝区131。另外，在一些实施例中，可以将絮凝剂组合物136加入到混凝区131以增加经过混凝的采出水132中的不溶性固体颗粒(絮凝物)的尺寸，这可以增加不溶性固体颗粒的沉降速率。可以将经过混凝的采出水132传递到分离系统108，以从经过混凝的采出水132中分离出不溶性固体颗粒154以产生经过处理的采出水152。

利用旁路124，仅采出水102的一部分穿过电氯化区111。采出水102的剩余部分可以通过旁路124直接传递到混凝区131。如前所讨论的，减少穿过电氯化区111的采出水102的量可以减少电氯化区111的电力需求。与将全部采出水引入到电氯化区111的实施例相比，这可以降低氯化辅助混凝系统100和方法的操作成本。此外，还可以通过在电氯化进料流122和旁路124上使用控制阀166A、166B来控制在电氯化期间产生的强氧化剂的量。可以基于来自定位于电氯化区111中或电氯化区111下游的性质传感器164的反馈来控制控制阀166A、166B。这可以使所产生的强氧化剂的量能够响应于引入到氯化辅助混凝系统100的采出水102的组合物的变化而能够得到进一步调整。

如图5所示，传感器164、控制阀166A和控制阀166B可以通信地耦接到控制器162。电源112还可以通信地耦接到控制器162，使得控制器162可操作以控制通过电氯化区111中的含水组合物的电流的电压和/或电流密度。控制器162可以包含处理器和存储器模块。当由处理器执行时，存储在存储器模块上的机器指令可以使控制器162使用传感器164测量含水组合物的性质，并且基于含水组合物的所测量性质控制电源112或控制阀166A、166B。例如，氯化辅助混凝方法100的操作可以包含测量含水组合物或经过处理的含水组合物的性质，以及响应于所测量性质而控制通过含水组合物的电流的电压或电流密度。在一些实施例中，所述性质可以包含水性组合物或经过处理的含水组合物的氧化还原电位。在其它实施例中，氯化辅助混凝方法100的操作可以包含测量水溶液的第一部分、含水组合物的第二部分或经过处理的含水组合物的性质，以及基于所测量性质调整含水组合物的第一部分与第二部分的比率。

现在参考图6，在一些实施例中，氯化辅助混凝系统600可以包含单个处理容器140以及任选地处理容器140下游的分离系统108。在这些实施例中，电氯化区111和混凝区131可以共存于同一单个处理容器140内，使得电氯化过程、混凝过程和絮凝过程全都可以在同一体积内同时发生。单个处理容器140可以包含电极174，如阳极116和阴极114，所述电极二者均可以电耦接到电源112，以使电流通过引入到处理容器140的采出水102。在一些实施例中，单个处理容器140可以是能够在100kPa到1,000kPa的压力下操作的压力容器。

参考图6，在使用氯化辅助混凝系统600的氯化辅助混凝方法的操作中，可以将采出水102引入到单个处理容器140以及共存于处理容器140内的电氯化区111和混凝区131。可以通过使电流通过处理容器140中的采出水102来将采出水102中的氯离子转化为强氧化剂。同时，可以通过用强氧化剂氧化铁(II)物种来将处理容器140中的采出水102中的固有铁(II)物种转化为铁(III)物种。可以通过铁(III)物种使有机和无机污染物混凝以形成多个不溶性固体颗粒。在一些实施例中，在采出水102中的固有铁(II)可能不足以使全部有机和无机污染物混凝的情况下，可以将补充性铁(II)化合物134引入到处理容器140。在一些实施例中，可以将絮凝剂组合物136引入到处理容器140以将不溶性固体颗粒絮凝成更大的不溶性固体颗粒。可以将经过混凝的采出水132传递到分离系统108以从经过混凝的采出水132中分离出不溶性固体颗粒154以产生经过处理的采出水152。

与多容器实施例相比，通过减少用于进行所述方法的处理容器的数量，通过如图6所描绘的在单个处理容器140中进行氯化辅助混凝方法来处理采出水102可以初始地降低氯化辅助混凝系统600的资金成本。另外，在单个处理容器140中通过氯化辅助混凝方法处理采出水102可以使在阴极114处产生的氢气能够在浮选分离过程中用于将从经过混凝的采出水132中分离出不溶性固体颗粒。然而，当将絮凝剂组合物136引入到单个处理容器140时，絮凝剂组合物可以以副反应形式与通过电氯化产生的强氧化剂反应。絮凝剂与强氧化剂的副反应可以降解絮凝剂并且降低絮凝剂使不溶性固体颗粒絮凝的效率以增加平均尺寸并增加沉降速率。

图1和4-6中描绘的氯化辅助混凝系统100、600可以连续、半连续或分批次操作。例如，在连续操作中，可以将采出水102连续引入到氯化辅助混凝系统100、600。可替代地，氯化辅助混凝系统100、600可以以分批次的方式操作，在所述方式中，将离散量的采出水102引入到氯化辅助混凝系统100、600，对其进行电氯化、混凝、絮凝和分离，然后将随后的离散量的采出水102引入到氯化辅助混凝系统100、600。

现在将描述氯化辅助混凝方法的另外的实施例。在所述氯化辅助混凝方法的一些实施例中，用于处理如采出水等含水组合物的方法可以包含：通过在厌氧条件下使电流通过所述含水组合物的至少一部分来将所述含水组合物中的氯离子中的至少一部分转化为次氯酸根离子或次氯酸。所述含水组合物可以包含所述氯离子、铁(II)化合物和一种或多种有机化合物。所述方法可以进一步包含：使所述含水组合物的所述铁(II)化合物中的至少一部分与所述次氯酸根或所述次氯酸反应以产生铁(III)离子，以及用所述铁(III)离子使所述一种或多种有机化合物混凝以在经过处理的含水组合物中产生多个不溶性固体颗粒。

在所述氯化辅助混凝方法的一些实施例中，所述含水组合物可以包括采出水。在一些实施例中，所述含水组合物的pH可以为2.5到8.5。可替代地，在其它实施例中，所述方法可以在酸性pH条件下进行，如在10.5到12.5的pH下进行。在一些实施例中，可以通过使所述电流在非牺牲电极之间传递来使所述电流通过所述含水组合物。在一些实施例中，所述方法可以进一步包括使所述非牺牲电极的极性交替。由包括波形发生器的电极极性交替器使所述非牺牲电极的所述极性交替。在一些实施例中，所述方法可以进一步包括使所述非牺牲电极相对于所述含水组合物旋转或转动。所述非牺牲电极可以通过电极旋转系统旋转。所述电极旋转系统可以包含耦接到所述非牺牲电极中的每个非牺牲电极的轴和可操作地耦接到所述轴的驱动器，所述驱动器能操作以使所述轴和所述非牺牲电极相对于所述含水组合物旋转。

在一些实施例中，所述方法可以任选地包含将补充性铁(II)化合物引入到所述含水组合物。在仍其它实施例中，所述方法可以包含通过将絮凝剂引入到所述含水组合物来使所述多个不溶性固体颗粒絮凝。在一些实施例中，所述方法可以进一步包含从所述经过处理的含水组合物中分离所述多个不溶性固体颗粒。

在一些实施例中，使所述含水组合物全部经受所述电流。可替代地，在其它实施例中，所述方法可以进一步包含：将所述含水组合物分离成第一部分和第二部分；通过在厌氧条件下使电流通过所述含水组合物的所述第一部分来将所述含水组合物的所述第一部分中的所述氯离子中的至少一部分转化为次氯酸根或次氯酸；以及在将所述第一部分中的所述氯离子转化为次氯酸根或次氯酸之后，将所述含水组合物的所述第一部分与所述含水组合物的所述第二部分组合。

在所述氯化辅助混凝方法的其它实施例中，所述从含水组合物中去除有机和无机化合物的方法可以包含将所述含水组合物的第一部分引入到电氯化区。所述含水组合物可以至少包括氯离子、铁(II)化合物和一种或多种有机化合物。所述方法可以进一步包含：通过在所述电氯化区中在厌氧条件下使电流通过所述含水组合物的所述第一部分来将所述含水组合物的所述第一部分中的所述氯离子中的至少一部分转化为次氯酸根或次氯酸。所述方法可以包含在所述混凝区中将含水组合物的所述第一部分与所述含水组合物的第二部分组合。所述混凝区可以处于所述电氯化区下游，并且所述含水组合物的所述第二部分可以绕过所述电氯化区。

在一些实施例中，所述方法可以进一步包含：在所述电氯化区或混凝区中用所述次氯酸根或所述次氯酸氧化所述含水组合物中的所述铁(II)化合物中的至少一部分以产生铁(III)离子，以及在混凝区中用所述铁(III)离子使所述一种或多种有机化合物混凝以在经过处理的含水组合物中产生多个不溶性固体颗粒。在一些实施例中，所述方法可以进一步包含使所述多个不溶性固体颗粒在所述混凝区中絮凝。在一些实施例中，使所述多个不溶性固体颗粒絮凝可以包含将絮凝剂组合物引入到所述混凝区。在一些实施例中，所述方法可以进一步包含从所述经过处理的含水组合物中分离所述不溶性固体颗粒。

在一些实施例中，所述混凝区和所述电氯化区可以安置在单个处理容器中。在一些实施例中，所述含水组合物可以包含采出水。在一些实施例中，可以通过使所述电流在安置在所述电氯化区内的非牺牲电极之间传递来使所述电流通过所述含水组合物的所述至少一部分。

氯化辅助混凝方法还可以提供从酸性采出水或具有高浓度H₂S的其它含水组合物中去除硫化氢(H₂S)的附加优点。在酸性条件下，电氯化步骤中形成的次氯酸根据随后提供的反应11和12(RXN 11和RXN 12)与硫化氢(H₂S)和二硫化物(HS^-)反应产生元素硫、水和氯离子。在碱性条件下，在电氯化步骤中产生的次氯酸根根据随后提供的反应13(RXN 13)与二硫化物(HS^-)反应产生元素硫、氢氧根离子和氯离子。元素硫可以在混凝期间与阳离子共沉淀并且从采出水中去除。

次氯酸与H₂S和HS^-在酸性条件下的反应

次氯酸根与二硫化物在碱性条件下的反应

在氯化辅助混凝方法中可以通过硫化铁(II)的溶解/增溶来从采出水中去除另外的硫化氢。硫化铁(II)不溶于水，平衡常数K等于4.16×10^-17。因此，硫化铁(II)必须通过来自采出水的硫化氢分子溶解或增溶。随后提供的反应14(RXN14)展示了硫化氢对硫化铁(II)的溶解/增溶。在氢硫化物是二氢硫化铁(II)分子的软中心的情况下，硫上容易且自发地发生氧化反应产生二硫化铁(II)。随后提供的反应15(RXN 15)展示了二氢硫化铁(II)的氧化。

硫化氢溶解硫化铁(II)

二氢硫化铁(II)的氧化

在所述方法中加入如氯化铁(II)或醋酸铁(II)等另外的铁(II)物种以增加铁(II)浓度的一些实施例中，在氯化辅助混凝方法中可以通过一系列副反应从采出水中去除硫化氢气体，所述副反应包含用于产生硫化铁(II)的X配体交换反应以及随后的用于产生二硫化铁(II)(又称黄铁矿)的用次氯酸氧化硫化铁(II)。二硫化铁(II)是不溶性固体，其可以在电氯化过程、混凝过程或两者期间从采出水102中沉淀出来。本公开随后提供的反应16(RXN 16)示出了用于将铁(II)化合物转化为硫化铁(II)的X配体交换反应，并且本公开随后提供的反应17(RXN17)示出了将硫化铁(II)氧化为二硫化铁(II)。

X配体交换反应

硫化铁(II)氧化为二硫化铁(II)

FeS+HClO(水溶液)+H₂S→FeS₂+HCl+H₂O RXN 17

所产生的二硫化铁(II)(黄铁矿)和硫化铁(II)(如无定形FeS、马基诺矿和磁黄铁矿)可以通过浮选过程以浆料的形式去除。如上所提及的，在电氯化过程中在厌氧条件下在电极处产生的氢气微泡可以在诱导气浮(IGF)过程中使用。因此，除了有机化合物之外，所描述的这种方法还可以用于通过金属硫化物浮选技术从水中去除硫物种。

在需氧条件下，如在常规的电氯化或混凝过程中，硫化氢和/或硫化铁根据本公开随后提供的反应18(RXN 18)与氧气反应以初始地产生硫元素。

硫化铁(II)有氧氧化为元素硫

FeS+3O₂+2H₂O→4Fe(O)OH+4S RXN 18

在存在过量氧的情况下，元素硫可以以副反应形式继续反应以产生各种硫化合物(SO_x)，如二氧化硫、亚硫酸盐、亚硫酸、硫酸盐、硫酸氢盐、硫酸或其组合，这取决于水溶液的pH和反应条件。在氧气足够的情况下，中间硫物种中的每种中间硫物种可以继续反应以产生硫酸盐、硫酸氢盐、硫酸或其组合，这取决于pH。

现在，应理解，先前讨论的氯化辅助混凝系统和方法提供了多种潜在益处。氯化辅助混凝方法的益处可以包含不需要像可商购获得的电凝技术那样更换可消耗电极，因为在一些实施例中，所述方法可以使用永久的非牺牲电极。类似地，与化学处理和聚结珠替代方案(如基于聚合物的吸附剂填充床技术和核桃壳过滤技术)相比，氯化辅助混凝方法可以不需要定期再填充消耗物。氯化辅助混凝方法不需要原位储存有毒和/或不稳定的化学品。与在石油生产设施处用于降低采出水中的油含量的常规的基于重力的分离器(WOSEP)相比，氯化辅助混凝方法可以更紧凑并且可以提供减小的占用空间。与现有的含油水处理方法相比，氯化辅助混凝方法可以容易地与油气行业设施中的方法整合，因为氯化辅助混凝方法被设计成利用增压容器在无氧环境中工作。此外，与机械过滤器或任何基于膜的技术相比，氯化辅助混凝方法可以在不需要操作循环中的清洁顺序的情况下连续或半连续地操作。与浮选技术(如IGF、DGF或其它浮选技术)相比，所述方法可以需要有限的维护，并且因此可以使停机时间最小化。氯化辅助混凝方法可以实现对大量的采出水的加工，并且因此与如水力旋流器、浮选、过滤或重力分离等竞争技术相比，可以具有潜在更低的资本支出。氯化辅助混凝方法还可以递送无氧净化水，而不需要在用于石油生产和精炼行业中的若干应用的整个水处理过程中加入除氧剂的另外的步骤。氯化辅助混凝方法可以不受含水组合物或料流中的无机或有机组分的组成或浓度的限制。此外，与基于膜的技术和热蒸馏等相比，氯化辅助混凝方法可以减少或消除用于洗涤H₂S或去除油滴的预处理的需要。与吸附颗粒床或核桃壳过滤技术相比，氯化辅助混凝方法可以减少或防止装置积垢或结垢。氯化辅助混凝方法可以随着时间的推移产生恒定的操作性能，并且可以不会由于在基于牺牲电极的商业电凝技术中随时间改变的电极尺寸和形状而提供降低的性能。除了其它益处之外，与基于牺牲电极的商业电凝技术相比，氯化辅助混凝方法还可以具有较低的操作成本，并且与水力旋流器、浮选、吸附或过滤技术相比，可以具有潜在更低的操作成本。

实例

执行实验以证明氯化辅助混凝方法的可行性。使用图7所示的实验室设备700执行氯化辅助混凝方法的批量实验。如图7所示，实验室设备包含1升烧杯702、搅拌棒704、磁搅拌器706和电源708。电源708通过有线连接714电耦接到电极710。电极710通过由烧杯702的顶部支撑的电极支撑件712定位在烧杯720中。

对照实例1：酸性采出水对照样品

从沙特阿拉伯的第一原油生产设备收集采出水样品。对照实例1的采出水样品显示的硫化氢含量为气体流的5vol.％到20vol.％，并且因此在本文中称为“酸性采出水”。在进行进一步实验之前，分析酸性采出水的pH、电导率(毫西门子每厘米(mS/cm))、比重、总溶解固体(TDS)(mg/L)、总悬浮固体(TSS)(mg/L)和总固体(mg/L)。另外，分析采出水样品的金属浓度(mg/L)、阴离子浓度(mg/L)和苯酚浓度(百万分之重量份(ppmw))。

使用pH计测量pH，并且使用密度计测量比重。通过使用0.45微米过滤器过滤样品体积并且然后干燥过滤器来测定TSS。TSS值以1升样品中的TSS的干重的形式提供。同样以干基测定TDS。总固体值以TSS和TDS的总和的形式提供。使用电感耦合等离子体质谱法(ICP-MS)测量百万分率范围内的金属阳离子浓度。对于浓度处于十亿分率范围内的阳离子，使用电感耦合等离子体原子发射光谱法(ICP-AES)测量浓度。使用离子色谱法(IC)测定阴离子的浓度。使用酸碱滴定法测定碳酸氢根、碳酸根和氢氧根离子的浓度。使用UV检测器通过高效液相色谱法(HPLC)测量苯酚浓度。本公开随后提供的表1中提供了对照实例1的采出水的测试方法和分析数据。

实例2：使用氯化辅助混凝方法处理酸性采出水

用量筒测量1升量的对照实例1的酸性采出水，并且将其加入到图7的实验室设备700中的烧杯702。使电极710至少部分地浸没在烧杯702中的酸性采出水中。在处理之前，酸性采出水表现为清澈的绿色溶液。使酸性采出水经受0.82安培的电流和2.9V的电压，持续2分钟。处理之后，酸性采出水转变成黑色悬浮液。将悬浮液在玻璃棉上过滤以去除固体并且产生实例2的经过处理的水。对实例2的经过处理的水的在以上对照实例1中描述的性质进行分析并且在本公开随后提供的表1中报告了结果。

比较实例3：用可商购获得的氧化剂处理酸性采出水

用量筒测量1升量的对照实例1的酸性采出水，并且将其加入到图7的实验室设备700中的烧杯702，并且将0.5030克次氯酸钙(Ca(OCl)₂)(可商购获得的氧化剂)加入到酸性采出水。然后，将采出水和Ca(OCl)₂的水溶液以400转每分钟(rpm)的转速搅拌1分钟。将所产生的悬浮液在玻璃棉上过滤以去除固体并且产生比较实例3的经过处理的水。对比较实例3的经过处理的水的在以上对照实例1中描述的性质进行分析并且在本公开随后提供的表1中报告了结果。

实例4：实例2的氯化辅助混凝方法与比较实例3的可商购获得的氧化剂的比较。

本公开随后提供的表1包含对照实例1、实例2和比较实例3的分析数据。

表1：对照实例1、实例2和比较实例3的水分析数据

如表1的数据所示，与对照实例1的采出水中的苯酚的量相比，实例2的氯化辅助混凝方法引起从实例2的采出水中去除酚类化合物。实例2的氯化辅助混凝方法的结果与比较实例3的经过处理的水的结果相当，所述经过处理的水是通过在未使用电极施加电流的情况下加入可商购获得的氧化剂而产生的。这表明实例2的氯化辅助混凝方法可以提供与使用常规可商购获得的氧化剂(如比较实例3)的方法相当的处理性能。然而，实例2的氯化辅助混凝方法可以通过由已经存在的氯离子原位产生氧化剂而不是加入可商购获得的氧化剂来节省成本。而且，氯化辅助混凝方法不需要向已经具有高离子浓度的含水组合物中加入更多离子物种。通过消除储存和处理大量氧化剂的需要，氯化辅助混凝方法还比常规方法更安全。与依赖于向水溶液中加入氧化剂的常规方法相比，控制电流可以改善对含水组合物中的氧化剂的量的控制。

实例5：在氯化辅助混凝方法期间加入补充性铁(II)化合物的影响

在实例5中，用量筒测量1升量的对照实例1的酸性采出水，并且将其加入到图7的实验室设备700中的烧杯702。使电极710至少部分地浸没在烧杯702中的酸性采出水中。将0.0502克量的FeSO₄加入到酸性采出水。使酸性采出水和FeSO₄的混合物经受0.98安培的电流和3.7V的电压，持续2分钟。将所产生的悬浮液在玻璃棉上过滤以去除固体并且产生实例5的经过处理的水。对实例5的经过处理的水的在以上对照实例1中描述的性质进行分析并且在本公开随后提供的表2中报告了结果。

实例6：在氯化辅助混凝方法期间加入更大量的补充性铁(II)化合物的影响

在实例6中，用量筒测量1升量的对照实例1的酸性采出水，并且将其加入到图7的实验室设备700中的烧杯702。使电极710至少部分地浸没在烧杯702中的酸性采出水中。将0.5010克量的硫酸铁(II)(FeSO₄)加入到酸性采出水。相对于实例5，实例6中加入到酸性采出水的硫酸铁(II)的量增加。使实例6的酸性采出水和FeSO₄的混合物经受0.96安培的电流和3.7V的电压，持续2分钟。将所产生的悬浮液在玻璃棉上过滤以去除固体并且产生实例6的经过处理的水。对实例6的经过处理的水的在以上对照实例1中描述的性质进行分析并且在本公开随后提供的表2中报告了结果。

实例7：实例5与比较实例6的可商购获得的氧化剂和没有补充性铁化合物的实例2的比较。

本公开随后提供的表2包含对照实例1、实例5和实例6的分析数据。表2还包含使用不包含对补充性铁化合物FeSO₄的加入的氯化辅助混凝方法进行处理的实例2的分析数据。

表2：对照实例1、实例2、实例5和实例6的分析数据展示了加入补充铁(II)物种的影响

如表2的数据所示，与通过实例2的氯化辅助混凝方法处理未加入补充性铁(II)物种的酸性采出水相比，向通过实例5和6中的氯化辅助混凝方法处理的酸性采出水中加入补充性铁(II)物种FeSO₄对去除其它化学化合物几乎没有影响。因此，表2的数据表明，氯化辅助混凝方法可以在未在处理之前或期间将补充性铁(II)物种引入到采出水的情况下提供对采出水的充分处理。与实例2相比，观察到在实例5中向酸性采出水中加入铁(II)物种增加了酸性采出水中的铁絮凝物的量。然而，与对照实例1、实例2和实例5的小于1mg/L的铁浓度相比，当实例6中铁(II)浓度增加到501mg/L时，2分钟的反应时间不足以将所有铁(II)转化为铁(III)，如在实例6的经过处理的酸性采出水中测量的5mg/l的铁浓度所指示的。

实例8：在氯化辅助混凝方法之后加入絮凝剂组合物的影响

在实例8中，用量筒测量1升量的对照实例1的酸性采出水，并且将其加入到图7的实验室设备700中的烧杯702。使电极710至少部分地浸没在烧杯702中的酸性采出水中。使酸性采出水经受0.90安培的电流和3.7V的电压，持续2分钟。在中断电流之后，将0.5038克壳聚糖(可商购获得的絮凝剂)加入到所产生的悬浮液，并且将壳聚糖和悬浮液的混合物混合5分钟。观察到沉降速率随着壳聚糖的加入而增加。将所产生的悬浮液在玻璃棉上过滤以去除固体并且产生实例8的经过处理的水。向悬浮液中加入壳聚糖使悬浮液的过滤比不加入壳聚糖时更容易。对实例8的经过处理的水的在以上对照实例1中描述的性质进行分析并且在本公开随后提供的表3中报告了结果。表3出于比较的目的还包含了对照实例1和实例2的分析数据。

表3：对照实例1、实例2和实例8的分析数据示出了在氯化辅助混凝后加入絮凝剂的影响

表3的分析数据表明，在使电流通过采出水之后加入可商购获得的絮凝剂可以改善从采出水中去除某些阴离子物种。例如，与不包含对可商购获得的絮凝剂的加入的实例2的经过处理的水相比，实例8的经过处理的水(在用电流处理后加入絮凝剂)包含显著更少的碳酸氢根阴离子和更少的氟阴离子和溴阴离子。

对照实例9：采出水对照样品

从沙特阿拉伯的第一原油生产设备获得第二酸性采出水样品。在进行进一步实验之前，分析酸性采出水的pH、电导率(毫西门子每厘米(mS/cm))、比重、总溶解固体(TDS)(mg/L)、总悬浮固体(TSS)(mg/L)和总固体(mg/L)。另外，分析采出水样品的金属浓度(mg/L)、阴离子浓度(mg/L)和苯酚浓度(百万分之重量份(ppmw))。本公开随后提供的表4中提供了对照实例9的采出水的分析数据。

实例10：在酸性pH条件下加入絮凝剂的氯化辅助混凝方法。

在实例10中，用量筒测量1升量的对照实例9的酸性采出水，并且将其加入到图7的实验室设备700中的烧杯702。酸性采出水的pH为6.2。不对pH进行调整，使得在酸性条件下进行通过氯化辅助混凝方法进行的处理。使电极710至少部分地浸没在烧杯702中的酸性采出水中。使酸性采出水经受0.95到0.96安培的电流和3.6-3.7V的电压，持续60分钟。在中断电流之后，将5.0198克壳聚糖(可商购获得的絮凝剂)加入到所产生的悬浮液，并且将壳聚糖和悬浮液的混合物混合10分钟。将所产生的悬浮液在玻璃棉上过滤以去除固体并且产生实例10的经过处理的水。对实例10的经过处理的水的在以上对照实例9中描述的性质进行分析并且在本公开随后提供的表4中报告了结果。

为了评估反应时间对氯化辅助混凝方法的影响，实例10的反应时间从实例8的2分钟增加到60分钟。然而，在实例8的经过处理的酸性采出水(参见表3中先前呈现的实例8的结果)与实例10的经过处理的酸性采出水(参见随后在表4中提供的实例10的结果)之间未观察到显著的组成差异。对实例10和实例8的结果的比较表明，氯化物的电解和铁(II)氧化成铁(III)的连续反应非常迅速，其中反应时间小于2分钟。

与实例8中使用的0.5038克壳聚糖絮凝剂相比，实例10中壳聚糖絮凝剂的量也增加到5.0198克。观察到与实例8相比，增加加入到经过处理的酸性采出水中的絮凝剂的量基本上不会改变实例10的经过处理的酸性采出水中的沉降速率或无机成分的浓度。

实例11：在碱性pH条件下加入絮凝剂的氯化辅助混凝方法。

在实例11中，用量筒测量1升量的对照实例9的酸性采出水，并且将其加入到图7的实验室设备700中的烧杯702。通过加入6.8791克氢氧化钾颗粒来将酸性采出水的pH调整为高达8。使电极710至少部分地浸没在烧杯702中的酸性采出水中。使酸性采出水经受0.92安培的电流和3.8V的电压，持续60分钟。在中断电流之后，将5.1367克壳聚糖(可商购获得的絮凝剂)加入到所产生的悬浮液，并且将壳聚糖和悬浮液的混合物混合10分钟。将所产生的悬浮液在玻璃棉上过滤以去除固体并且产生实例11的经过处理的水。对实例11的经过处理的水的在以上对照实例9中描述的性质进行分析并且在本公开随后提供的表4中报告了结果。

比较实例12：仅用絮凝剂处理采出水

在比较实例12中，用量筒测量1升量的对照实例9的酸性采出水，并且将其加入到图7的实验室设备700中的烧杯702。通过加入6.5824克氢氧化钾颗粒来将酸性采出水的pH调整为8。向酸性采出水中加入5.2898克壳聚糖，并且将采出水和壳聚糖的混合物混合10分钟。未向比较实例12的酸性采出水中加入氧化剂。混合物未经受电流。将所产生的悬浮液在玻璃棉上过滤以去除固体并且产生比较实例12的经过处理的水。对比较实例12的经过处理的水的在以上对照实例9中描述的性质进行分析并且在本公开随后提供的表4中报告了结果。增加比较实例12的采出水的pH使更多的阳离子以不溶性金属氢氧化物的形式沉淀和/或与金属氢氧化物共沉淀。例如，观察到硒酸盐与氢氧化铁(III)共沉淀。

实例13：对实例10、实例11和比较实例12进行比较以评估pH条件对加入絮凝剂的氯化辅助混凝方法的影响

本公开随后提供的表4包含对照实例9、实例10、实例11和比较实例12的分析数据。

表4：对照实例9、实例10、实例11和比较实例12的分析数据展示了pH条件对氯化辅助混凝方法的影响

如表4所示，与对照实例9的采出水相比，如实例10中在酸性条件下进行氯化辅助混凝方法导致来自采出水的某些金属，特别是钙、镁、钠、硒、锌和锶的减少。与对照实例9相比，酸性条件还导致实例10的经过处理的水中的阴离子，如氟离子、溴离子、氯离子、硫酸根离子和碳酸氢根阴离子的减少。与对照实例9的采出水相比，如实例11中在碱性条件下进行氯化辅助混凝方法显示出来自采出水的金属钙、镁、钠、硒、锌和锶以及阴离子氟离子、溴离子、氯离子、硫酸根离子和碳酸氢根离子的类似减少。然而，在实例11中在碱性条件下实现的钙、镁、锶、氟阴离子、溴阴离子、硫酸根阴离子和碳酸氢根离子的减少量显著大于在实例10中在酸性条件下实现的减少量。

尽管与实例10(pH为6.2)相比，实例11中通过将pH增加为8来增加氢氧根和碳酸根离子的浓度，但是与实例10相比，在实例11中，通过沉淀和共沉淀金属氢氧化物，钙离子、镁离子、锶离子、氟离子、溴离子和硫酸根离子的浓度大大降低。此外，通过在碱性条件下应用氯化辅助混凝方法(实例11)，显著降低了如苯酚等有机物质的浓度。

对照实例14：甜性采出水对照样品

从沙特阿拉伯的第二原油生产设备收集采出水样品。对照实例14的采出水样品显示的低硫化氢含量小于气体流的5vol.％，并且因此在本文中称为“甜性采出水”。在进行进一步实验之前，分析甜性采出水的pH、电导率(毫西门子每厘米(mS/cm))、比重、总溶解固体(TDS)(mg/L)、总悬浮固体(TSS)(mg/L)和总固体(mg/L)。另外，分析甜性采出水样品的金属浓度(mg/L)、阴离子浓度(mg/L)和苯酚浓度(百万分之重量份(ppmw))。本公开随后提供的表5中提供了对照实例14的甜性采出水的分析数据。

实例15：用氯化辅助混凝方法处理甜性采出水

在实例15中，用量筒测量1升量的对照实例14的甜性采出水，并且将其加入到图7的实验室设备700中的烧杯702。使电极710至少部分地浸没在烧杯702中的甜性采出水中。在处理之前，甜性采出水表现为清澈且略微浅绿色的溶液。使甜性采出水经受0.96安培的电流和3.4V的电压，持续2分钟。到处理期结束时，甜性采出水已经转变成混浊的浅棕色悬浮液。将悬浮液在玻璃棉上过滤以去除固体并且产生实例15的经过处理的水。对实例15的经过处理的水的在以上对照实例14中描述的性质进行分析并且在本公开随后提供的表5中报告了结果。

比较实例16：用可商购获得的氧化剂处理甜性采出水

对于比较实例16，用量筒测量1升量的对照实例14的甜性采出水，并且将其加入到图7的实验室设备700中的烧杯702，并且将0.5196克次氯酸钙(Ca(OCl)₂)(可商购获得的氧化剂)加入到甜性采出水。然后，将采出水和Ca(OCl)₂的水溶液以400转每分钟(rpm)的转速搅拌1分钟。将所产生的悬浮液在玻璃棉上过滤以去除固体并且产生比较实例16的经过处理的水。对比较实例16的经过处理的水的在以上对照实例14中描述的性质进行分析并且在本公开随后提供的表5中报告了结果。

实例17：实例15的氯化辅助混凝方法与比较实例16的可商购获得的氧化剂的比较。

本公开随后提供的表5包含对照实例14、实例15和比较实例16的分析数据。

表5：对照实例14、实例15和比较实例16的水分析数据

如表5的数据所示，实例15的氯化辅助混凝方法导致从实例14的采出水中去除酚类化合物。实例15的氯化辅助混凝方法的结果与比较实例16的经过处理的水的结果相当，所述经过处理的水是通过在未使用电极施加电流的情况下加入可商购获得的氧化剂而产生的。这表明实例15的氯化辅助混凝方法可以提供与使用常规可商购获得的氧化剂(如比较实例16)的方法相当的处理性能。然而，实例15的氯化辅助混凝方法可以通过从已经存在于采出水中的氯离子就地产生氧化剂而不是加入可商购获得的氧化剂来节省成本。

在常规化学处理中(如在比较例16中执行的处理)，在处理期间加入的离子物种(如在加入氯化钙的情况下的钙)可能不利于处理过程，因为这些另外的离子可能参与堵塞储层或导致管道和设备结垢。在高TDS水中，加入与氯离子一样的良性离子可能破坏高TDS水的总体离子平衡，这可能导致如氯化钠等盐的过早沉淀。在这些高TDS水中，同离子效应容易且频繁地发生。

对于实例15的经过处理的甜性采出水，观察到铝离子、氯离子、硫酸根离子、溴离子和碳酸氢根离子的减少。尽管实例15中无机物种的浓度低于实例14中的浓度，但是与比较实例16的常规化学处理相比，实例15中的铁浓度(14mg/L)仍然更大。此结果表明，与需要向甜性采出水中加入盐的常规化学处理相比，较少量的铁可能足以获得等效或更好的结果。这些结果还显示，在高离子含水组合物(例如，甜性采出水)中，氯化辅助混凝方法可能使含水组合物的离子平衡不稳定以在所述方法期间沉淀或共沉淀离子。

实例18：在甜性采出水的氯化辅助混凝方法期间加入补充性铁(II)化合物的影响

在实例18中，用量筒测量1升量的对照实例14的甜性采出水，并且将其加入到图7的实验室设备700中的烧杯702。电极710至少部分地浸没在烧杯702中的甜性采出水中。将0.0510克硫酸铁(II)(FeSO₄)加入到甜性采出水。使甜性采出水和FeSO₄的混合物经受0.96安培的电流和3.6V的电压，持续2分钟。将所产生的悬浮液在玻璃棉上过滤以去除固体并且产生实例18的经过处理的水。对实例18的经过处理的水的在以上对照实例14中描述的性质进行分析并且在本公开随后提供的表6中报告了结果。

实例19：在甜性采出水的氯化辅助混凝方法期间加入更大量的补充性铁(II)化合物的影响

在实例19中，用量筒测量1升量的对照实例14的甜性采出水，并且将其加入到图7的实验室设备700中的烧杯702。电极710至少部分地浸没在烧杯702中的甜性采出水中。将0.5059克硫酸铁(II)(FeSO₄)加入到甜性采出水。使甜性采出水和FeSO₄的混合物经受0.95安培的电流和3.6V的电压，持续2分钟。将所产生的悬浮液在玻璃棉上过滤以去除固体并且产生实例19的经过处理的水。对实例19的经过处理的水的在以上对照实例14中描述的性质进行分析并且在本公开随后提供的表6中报告了结果。

实例20：实例18与比较实例19的可商购获得的氧化剂和没有补充性铁化合物的实例15的比较。

本公开随后提供的表6包含对照实例14、实例18和比较实例19的分析数据。表6还包含使用氯化辅助混凝方法进行处理但不包含对补充性铁化合物FeSO₄的加入的实例15的分析数据。

表6：对照实例14、实例15、实例18和实例19的分析数据展示了加入补充铁(II)物种的影响

如表6的数据所示，与通过实例15的在未加入补充性铁的情况下执行的氯化辅助混凝方法对甜性采出水进行的处理相比，向通过实例18和19中的氯化辅助混凝方法处理的甜性采出水中加入补充性铁(II)物种FeSO₄对去除其它化学化合物几乎没有影响。因此，表6的数据表明，氯化辅助混凝方法可以在未在处理之前或期间将补充性铁(II)物种引入到采出水的情况下提供对采出水的充分处理。

与实例15和对照实例14的甜性采出水相比，加入硫酸铁(II)(51.0mg/L)增加了实例18的甜性采出水中的铁(II)的量。然而，与实例15的经过处理的甜性采出水相比，对实例18的经过处理的甜性采出水的分析显示出很小的差异。此外，与实例2和5的经过处理的酸性采出水相比，实例18和19的2分钟反应时间不足以将实例18和19的经过处理的甜性采出水中的全部加入的铁物种(II)转化为铁(III)。为了总结此意外结果，甜性采出水不需要加入另外的铁(II)物种，因为已经存在于甜性采出水中的铁(II)物种的浓度足以通过自身执行混凝过程。

实例21：在氯化辅助混凝方法之后加入絮凝剂组合物的影响

在实例21中，用量筒测量1升量的对照实例14的甜性采出水，并且将其加入到图7的实验室设备700中的烧杯702。使电极710至少部分地浸没在烧杯702中的甜性采出水中。使甜性采出水经受0.93安培的电流和3.5V的电压，持续2分钟。在中断电流之后，将0.5039克壳聚糖(可商购获得的絮凝剂)加入到所产生的悬浮液，并且将壳聚糖和悬浮液的混合物混合5分钟。观察到沉降速率随着壳聚糖的加入而增加。将所产生的悬浮液在玻璃棉上过滤以去除固体并且产生实例21的经过处理的水。对实例21的经过处理的水的在以上对照实例14中描述的性质进行分析并且在本公开随后提供的表7中报告了结果。表7出于比较的目的还包含了对照实例14和实例15的分析数据。

表7：对照实例14、实例15和实例21的分析数据示出了氯化辅助混凝后加入絮凝剂的影响

表7的数据显示，与在没有絮凝剂的情况下进行氯化辅助混凝方法的操作的实例15相比，在使电流通过采出水之后加入可商购获得的絮凝剂对于从对照实例14的甜性采出水中去除金属和阴离子没有太大影响。观察到与实例15的经过处理的水相比，处理之后加入絮凝剂降低了实例21的经过处理的水中的铁浓度。因此，加入絮凝剂可以有助于从经过处理的甜性采出水中去除铁絮凝物。

实例22：在酸性pH条件下加入絮凝剂的氯化辅助混凝方法。

在实例22中，将一定量的对照实例14的甜性采出水加入到图7的实验室设备700中的烧杯702。甜性采出水的pH为6.1。不对pH进行调整，使得在酸性条件下进行通过氯化辅助混凝方法进行的处理。使电极710至少部分地浸没在烧杯702中的甜性采出水中。使甜性采出水经受0.95到0.96安培的电流和3.6-3.7V的电压，持续60分钟。在中断电流之后，将5.0246克壳聚糖(可商购获得的絮凝剂)加入到所产生的悬浮液，并且将壳聚糖和悬浮液的混合物混合10分钟。将所产生的悬浮液在玻璃棉上过滤以去除固体并且产生实例22的经过处理的水。对实例22的经过处理的水的在以上对照实例14中描述的性质进行分析并且在本公开随后提供的表8中报告了结果。

为了评估反应时间对氯化辅助混凝方法的影响，实例22的反应时间从实例21的2分钟增加到60分钟。然而，在实例21的经过处理的甜性采出水(参见表7中先前呈现的实例21的结果)与实例22的经过处理的甜性采出水(参见随后在表8中提供的实例22的结果)之间未观察到显著的组成差异。对实例22和实例21的结果的比较表明，氯化物的电解和铁(II)氧化成铁(III)的连续反应非常迅速，其中反应时间小于2分钟。

与实例21中使用的0.5039克壳聚糖絮凝剂相比，实例22中壳聚糖絮凝剂的量也增加到5.0246克。观察到与实例21相比，增加加入到经过处理的甜性采出水中的絮凝剂的量基本上不会改变实例22的经过处理的甜性采出水中的沉降速率或无机成分的浓度。

实例23：在碱性pH条件下加入絮凝剂的氯化辅助混凝方法。

在实例23中，用量筒测量1升量的对照实例14的甜性采出水，并且将其加入到图7的实验室设备700中的烧杯702。将甜性采出水的pH调整为高达8以产生氯化辅助混凝方法的碱性条件。通过加入7.5114克氢氧化钾颗粒来对pH进行调整。使电极710至少部分地浸没在烧杯702中的甜性采出水中。使甜性采出水经受1.05安培的电流和3.5V的电压，持续60分钟。在中断电流之后，将5.1389克壳聚糖(可商购获得的絮凝剂)加入到所产生的悬浮液，并且将壳聚糖和悬浮液的混合物混合10分钟。将所产生的含水悬浮液在玻璃棉上过滤以去除固体并且产生实例23的经过处理的水。对实例23的经过处理的水的在以上对照实例14中描述的性质进行分析并且在本公开随后提供的表8中报告了结果。

比较实例24：仅用絮凝剂处理甜性采出水

在比较实例24中，用量筒测量1升量的对照实例14的甜性采出水，并且将其加入到图7的实验室设备700中的烧杯702。通过加入7.6253克氢氧化钾颗粒来将甜性采出水的pH调整为8。向甜性采出水中加入5.0634克壳聚糖，并且将采出水和壳聚糖的混合物混合10分钟。未向比较实例24的甜性采出水中加入氧化剂。混合物未经受电流。将所产生的悬浮液在玻璃棉上过滤以去除固体并且产生比较实例24的经过处理的水。对比较实例24的经过处理的水的在以上对照实例14中描述的性质进行分析并且在本公开随后提供的表8中报告了结果。通过增加pH，观察到与pH较低时相比，更多阳离子以不溶性金属氢氧化物的形式沉淀并且与金属氢氧化物共沉淀。例如，观察到亚硒酸盐与氢氧化铁(III)共沉淀。

实例25：对实例22、实例23和比较实例24进行比较以评估pH条件对使用加入絮凝剂的氯化辅助混凝方法处理甜性采出水的影响

本公开随后提供的表8包含对照实例14、实例22、实例23和比较实例24的分析数据。

表8：对照实例14、实例22、实例23和比较实例24的分析数据展示了pH条件对氯化辅助混凝方法的影响

如表8所示，与对照实例14的采出水相比，如实例22中在酸性条件下进行氯化辅助混凝方法导致来自采出水的某些金属，特别是铝、钙、镁、锰和钠的减少。与对照实例14相比，酸性条件还导致实例22的经过处理的水中的阴离子，如氟离子、硫酸根离子和碳酸氢根阴离子的减少。与对照实例14的采出水相比，如实例23中在碱性条件下进行氯化辅助混凝方法显示出来自采出水的金属铝、钙和镁以及阴离子氟离子、硫酸根离子和碳酸氢根离子的类似减少。与对照实例14和实例22相比，在碱性条件下进行氯化辅助混凝方法也导致钡和锶浓度的降低。实例22和23的结果表明，氯化辅助混凝方法在酸性和碱性条件下可以是有效的。而且，氯化辅助混凝方法不需要向已经具有高离子浓度的含水组合物中加入更多离子物种。通过消除储存和处理大量氧化剂的需要，氯化辅助混凝方法还比常规方法更安全。与依赖于向水溶液中加入氧化剂的常规方法相比，控制电流可以改善对含水组合物中的氧化剂的量的控制。

实例26：氯化辅助混凝方法对电极材料的影响

使用先前关于图7所描述的实验室设备700执行氯化辅助混凝方法的实验。对电极710的不同电极材料进行实验。对由铂制成的电极710执行第一实验，并且对由钽制成的电极710执行第二实验。在对铂电极进行的第一实验和对钽电极进行的第二实验中，对1升甜性采出水样品执行氯化辅助混凝方法，持续2分钟的反应时间以及60分钟的反应时间。对于每个实验，用1升具有更高浓度H₂S的酸性采出水样品重复氯化辅助混凝方法。对酸性采出水进行所述方法，持续2分钟以及持续60分钟。

电极材料是已知用作水电解和/或盐水电解的非牺牲电极的材料。然而，观察到由于铂电极在氯化辅助混凝方法的条件下的腐蚀，因此铂电极不适合于此应用。对于两个实验，在甜性采出水和酸性采出水的2分钟的短反应时间之后未观察到电极的腐蚀。当处理酸性采出水的反应时间为60分钟时，铂电极显示出显著的腐蚀。与酸性采出水相比，对甜性采出水的60分钟处理对铂电极产生的腐蚀显著减少；然而，在处理甜性采出水60分钟之后，在铂电极上可见点状腐蚀。在处理甜性采出水或酸性采出水60分钟之后，在钽电极上未观察到明显的腐蚀。

参考图8，在对酸性采出水进行的实验并且在60分钟的反应时间为之后拍摄的铂电极850的照片显示，铂电极850经历了明显的腐蚀，从而导致铂电极850的大部分的损耗，如通过铂电极850的圆角852所见。参考图9，在对酸性采出水进行的实验并且在60分钟的反应时间之后拍摄的钽电极860的照片意外地显示了钽电极860的极少腐蚀。因此，与其它常规过渡金属电极相比，钽电极860可能更适合用作氯化辅助混凝方法中的电极。此结果是意料之外的，并且因此，电极材料的选择可能导致减少或防止电极的腐蚀。

本公开的第一方面可以涉及一种用于处理含水组合物的方法，所述方法包括：通过在厌氧条件下使电流通过所述含水组合物的至少一部分来将所述含水组合物中的氯离子中的至少一部分转化为次氯酸根离子或次氯酸，所述含水组合物包含所述氯离子、铁(II)化合物和一种或多种有机化合物。所述方法可以进一步包含：使所述含水组合物的所述铁(II)化合物中的至少一部分与所述次氯酸根或所述次氯酸反应以产生铁(III)离子，以及用所述铁(III)离子使所述一种或多种有机化合物混凝以在经过处理的含水组合物中产生多个不溶性固体颗粒。

本公开的第二方面可以包含所述第一方面，其中所述电流的电压大于或等于1.5伏(V)。

本公开的第三方面可以包含所述第一方面或所述第二方面中的任一方面，其中所述电流的电压为1.5V到5.0V。

本公开的第四方面可以包含所述第一方面到所述第三方面中的任一方面，其中所述电流的电流密度为1毫安每平方厘米到1安每平方厘米。

本公开的第五方面可以包含所述第一方面到所述第四方面中的任一方面，其中所述含水组合物包括油田采出水的组合物。

本公开的第六方面可以包含所述第一方面到所述第五方面中的任一方面，其中所述含水组合物的pH为2.5到8.5。

本公开的第七方面可以包含所述第一方面到所述第六方面中的任一方面，其中所述含水组合物的pH为10.5到12.5。

本公开的第八方面可以包含所述第一方面到所述第七方面中的任一方面，其中用非牺牲电极使所述电流通过所述含水组合物。

本公开的第九方面可以包含所述第八方面，其中所述非牺牲电极具有外表面，所述外表面包括锆、钼、金、银、钽、钨、铬、碳、硫、硅或这些材料的氧化物中的一种或多种。

本公开的第十方面可以包含所述第八方面或所述第九方面中的任一方面，其进一步包括使所述非牺牲电极的极性交替。

本公开的第十一方面可以包含所述第十方面，其中通过包括波形发生器的电极极性交替器使所述非牺牲电极的所述极性交替。

本公开的第十二方面可以包含所述第八方面到所述第十一方面中的任一方面，其进一步包括使所述非牺牲电极相对于所述含水组合物旋转。

本公开的第十三方面可以包含所述第十二方面，其中通过电极旋转系统使所述非牺牲电极旋转，所述电极旋转系统包括耦接到所述非牺牲电极中的每个非牺牲电极的轴和可操作地耦接到所述轴的驱动器，所述驱动器能操作以使所述轴和所述非牺牲电极相对于所述含水组合物旋转。

本公开的第十四方面可以包含所述第一方面到所述第十三方面中的任一方面，其进一步包括通过将絮凝剂引入到所述含水组合物来使所述多个不溶性固体颗粒絮凝。

本公开的第十五方面可以包含所述第一方面到所述第十四方面中的任一方面，其进一步包括从所述经过处理的含水组合物中分离所述多个不溶性固体颗粒。

本公开的第十六方面可以包含所述第一方面到所述第十五方面中的任一方面，其进一步包括将补充性铁(II)化合物引入到所述含水组合物。

本公开的第十七方面可以包含所述第一方面到所述第十六方面中的任一方面，其进一步包括：测量所述含水组合物或所述经过处理的含水组合物的性质，以及响应于所测量性质而控制通过所述含水组合物的所述电流的电压或电流密度。

本公开的第十八方面可以包含所述第十七方面，其中所述性质包括氧化还原电位。

本公开的第十九方面可以包含所述第一方面到所述第十八方面中的任一方面，其中使所述含水组合物全部经受所述电流。

本公开的第二十方面可以包含所述第一方面到所述第十九方面中的任一方面，其进一步包括：将所述含水组合物分离成第一部分和第二部分；通过在厌氧条件下使电流通过所述含水组合物的所述第一部分来将所述含水组合物的所述第一部分中的所述氯离子中的至少一部分转化为次氯酸根或次氯酸；以及在将所述第一部分中的所述氯离子转化为次氯酸根或次氯酸之后，将所述含水组合物的所述第一部分与所述含水组合物的所述第二部分组合。

本公开的第二十一方面可以包含所述第二十方面，其进一步包括：测量所述水溶液的所述第一部分、所述含水组合物的所述第二部分或所述经过处理的含水组合物的性质；以及基于所测量性质调整所述含水组合物的所述第一部分与所述第二部分的比率。

本公开的第二十二方面可以包含所述第一方面到所述第二十一方面中的任一方面，其中所述含水组合物包括酚类化合物，并且所述经过处理的含水组合物在处理之后包括小于百万分之0.01重量份的酚类化合物。

本公开的第二十三方面可以包含所述第一方面到所述第二十二方面中的任一方面，其中所述含水组合物包含大于或等于0.1重量％的原油，并且所述经过处理的含水组合物在处理之后包括小于50毫克每升的原油。

本公开的第二十四方面可以包含所述第一方面到所述第二十三方面中的任一方面，其中所述方法在100千帕到1,000千帕的压力和25摄氏度到80摄氏度的温度下进行。

本公开的第二十五方面可以包含所述第一方面到所述第二十四方面中的任一方面，其中所述含水组合物包括硫化氢，并且所述经过处理的含水组合物的硫化氢浓度小于所述含水化合物的硫化氢浓度。

本公开的第二十六方面可以包含所述第一方面到所述第二十五方面中的任一方面，其进一步包括：使来自所述含水组合物的无机阳离子物种共沉淀以及从所述经过处理的含水组合物中分离经过共沉淀的无机阳离子物种。

本公开的第二十七方面可以包含所述第一方面到所述第二十六方面中的任一方面，其进一步包括：将所述含水组合物传递到电氯化区，其中所述含水组合物中的所述至少一部分氯离子在所述电氯化区中转化为次氯酸根离子或次氯酸；以及将所述含水组合物从所述电氯化区传递到所述电氯化区下游的混凝区。

本公开的第二十八方面可以包含所述第二十七方面，其进一步包括：将所述含水组合物分离成第一部分和第二部分；将所述含水组合物的所述第一部分传递到所述电氯化区；通过旁路管线将所述含水组合物的所述第二部分传递到所述混凝区；将所述含水组合物的所述第一部分从所述电氯化区传递到所述混凝区；以及在所述混凝区中将所述含水组合物的所述第一部分与所述含水组合物的所述第二部分组合。

本公开的第二十九方面涉及一种用于从含水组合物中去除有机化合物的方法，所述方法包括：将所述含水组合物的至少一部分引入到电氯化区，所述含水组合物至少包括氯离子、铁(II)化合物和一种或多种有机化合物。所述方法进一步包含：通过在所述电氯化区中在厌氧条件下使电流通过所述含水组合物来将所述含水组合物中的所述氯离子中的至少一部分转化为次氯酸根或次氯酸；在所述电氯化区或混凝区中用所述次氯酸根或所述次氯酸氧化所述含水组合物中的所述铁(II)化合物中的至少一部分以产生铁(III)离子；在所述混凝区中用所述铁(III)离子使所述一种或多种有机化合物混凝以在所述含水组合物中产生多个不溶性固体颗粒；以及从所述含水组合物中分离所述不溶性固体颗粒中的至少一部分，由此从所述含水组合物中去除所述有机化合物中的至少一部分。

本公开的第三十方面可以包含所述第二十九方面，其中所述混凝区处于所述电氯化区下游。

本公开的第三十一方面可以包含所述第二十九方面，其中所述混凝区和所述电氯化区处于单个处理容器中。

本公开的第三十二方面可以包含所述第二十九方面到所述第三十一方面中的任一方面，其进一步包括测量所述电氯化区中或所述电氯化区下游的所述含水组合物的电位性质。

本公开的第三十三方面可以包含所述第三十二方面，其进一步包括：控制通过所述电氯化区中的所述含水组合物的所述电流的电压或电流密度或者调整所述含水组合物的所述至少一部分引入到所述电氯化区的流动速率，其中所述控制或所述调整基于所述电氯化区中或所述电氯化区下游的所述含水组合物的所测量性质。

本公开的第三十四方面可以涉及一种用于处理含水组合物的系统，所述系统包括电氯化系统，所述电氯化系统包含容器和安置在所述容器内的多个电极，所述电氯化系统能操作以通过使电流通过安置在具有所述多个电极的所述容器中的含水组合物来将所述含水组合物中的氯离子中的至少一部分转化为次氯酸根或次氯酸，其中所述电极各自包括具有外表面的非牺牲电极，所述外表面包含锆、钼、金、银、钽、钨、铬、碳、硫、硅或这些材料的氧化物中的一种或多种，并且所述多个电极能操作以使电流电位大于1.5V的电流通过安置在所述容器内的所述含水化合物。所述系统进一步包含混凝容器，所述混凝容器处于所述电氯化系统下游。

本公开的第三十五方面可以包含所述第三十四方面，其进一步包括至少一个性质传感器，所述至少一个性质传感器定位在所述电氯化容器中或所述混凝容器下游。

本公开的第三十六方面可以包含所述第三十四方面或所述第三十五方面中的任一方面，其进一步包括旁路管线，所述旁路管线能操作以使所述含水化合物的至少一部分绕过所述电氯化系统传递并且直接传递到所述混凝容器。

本公开的第三十七方面可以包含所述第三十六方面，其进一步包括控制阀，所述控制阀安置在所述旁路管线中，其中所述控制阀能操作以响应于由定位在所述电氯化容器中或所述电氯化容器下游的性质传感器确定的所测量性质来控制含水化合物的一部分进入所述电氯化容器的流动速率。

在本申请中表示的任何定量值可以被认为包含与过渡性短语“包括”或“包含”以及封闭或部分封闭的实施例一致的开放式实施例。

已经通过参考具体实施例详细描述了本公开的主题。应理解，对实施例的部件或特征的任何详细描述不一定暗示所述部件或特征对于特定实施例或任何其它实施例是必要的。尽管本文已经描述了所要求保护的主题的各个方面，但是这些方面不需要组合使用。此外，对于本领域的技术人员显而易见的是，在不脱离所要求保护的主题的精神和范围的情况下，可以对所描述的实施例进行各种修改和改变。

应注意，术语“基本上”和“约”在本公开中可以用于表示可以归因于任何定量的比较、值、测量或其它表示的固有不确定程度。本文中还使用这些术语来表示在不导致所关注的主题的基本功能改变的情况下，定量表示可以与所陈述的参考不同的程度。

权利要求书(按照条约第19条的修改)

1.一种用于处理含水组合物的方法，所述方法包括：

通过在厌氧条件下使电流通过所述含水组合物的至少一部分来将所述含水组合物中的氯离子中的至少一部分转化为次氯酸根离子或次氯酸，其中

所述电流所通过的所述含水组合物包含所述氯离子、铁(II)化合物和一种或多种有机化合物；

使所述含水组合物的所述铁(II)化合物中的至少一部分与所述次氯酸根或所述次氯酸反应以产生铁(III)离子；以及

用所述铁(III)离子使所述一种或多种有机化合物混凝以在经过处理的含水组合物中产生多个不溶性固体颗粒。

2.根据权利要求1所述的方法，其中所述电流的电压大于或等于1.5伏(V)。

3.根据权利要求1所述的方法，其中所述电流的电压为1.5 V到5.0 V。

4.根据权利要求1所述的方法，其中所述电流的电流密度为1毫安每平方厘米到1安每平方厘米。

5.根据权利要求1所述的方法，其中所述含水组合物包括油田采出水的组合物。

6.根据权利要求1所述的方法，其中所述含水组合物的pH为2.5到8.5。

7.根据权利要求1所述的方法，其中所述含水组合物的pH为10.5到12.5。

8.根据权利要求1所述的方法，其中用非牺牲电极使所述电流通过所述含水组合物。

9.根据权利要求8所述的方法，其中所述非牺牲电极具有外表面，所述外表面包括以下中的一种或多种：锆、钼、金、银、钽、钨、铬、碳、硫、硅或这些材料的氧化物。

10.根据权利要求8所述的方法，其进一步包括使所述非牺牲电极的极性交替。

11.根据权利要求10所述的系统，其中通过包括波形发生器的电极极性交替器使所述非牺牲电极的所述极性交替。

12.根据权利要求8所述的系统，其进一步包括使所述非牺牲电极相对于所述含水组合物旋转。

13.根据权利要求12所述的系统，其中通过电极旋转系统使所述非牺牲电极旋转，所述电极旋转系统包括耦接到所述非牺牲电极中的每个非牺牲电极的轴和可操作地耦接到所述轴的驱动器，所述驱动器能操作以使所述轴和所述非牺牲电极相对于所述含水组合物旋转。

14.根据权利要求1所述的方法，其进一步包括通过将絮凝剂引入到所述含水组合物来使所述多个不溶性固体颗粒絮凝。

15.根据权利要求1所述的方法，其进一步包括从所述经过处理的含水组合物中分离所述多个不溶性固体颗粒。

16.根据权利要求1所述的方法，其进一步包括将补充性铁(II)化合物引入到所述含水组合物。

17.根据权利要求1所述的方法，其中使所述含水组合物全部经受所述电流。

18.根据权利要求1所述的方法，其进一步包括：

测量所述含水组合物或所述经过处理的含水组合物的性质；以及

响应于所测量性质而控制通过所述含水组合物的所述电流的电压或电流密度。

19.根据权利要求18所述的方法，其中所述性质包括氧化还原电位。

20.根据权利要求1所述的方法，其进一步包括：

将所述含水组合物分离成第一部分和第二部分；

通过在厌氧条件下使电流通过所述含水组合物的所述第一部分来将所述含水组合物的所述第一部分中的所述氯离子中的至少一部分转化为次氯酸根或次氯酸；以及

在将所述第一部分中的所述氯离子转化为次氯酸根或次氯酸之后，将所述含水组合物的所述第一部分与所述含水组合物的所述第二部分组合。

21.根据权利要求20所述的方法，其进一步包括：

测量所述水溶液的所述第一部分、所述含水组合物的所述第二部分或所述经过处理的含水组合物的性质；以及

基于所测量性质调整所述含水组合物的所述第一部分与所述第二部分的比率。

22.根据权利要求1所述的方法，其中所述含水组合物包括酚类化合物，并且所述经过处理的含水组合物在处理之后包括小于百万分之0.01重量份的酚类化合物。

23.根据权利要求1所述的方法，其中所述含水组合物包含大于或等于0.1重量％的原油，并且所述经过处理的含水组合物在处理之后包括小于50毫克每升的原油。

24.根据权利要求1所述的方法，其中所述方法在100千帕到1,000千帕的压力和25摄氏度到80摄氏度的温度下进行。

25.根据权利要求1所述的方法，其中所述含水组合物包括硫化氢，并且所述经过处理的含水组合物的硫化氢浓度小于所述含水化合物的硫化氢浓度。

26.根据权利要求1所述的方法，其进一步包括使来自所述含水组合物的无机阳离子物种共沉淀以及从所述经过处理的含水组合物中分离经过共沉淀的无机阳离子物种。

27.根据权利要求1所述的方法，其进一步包括：

将所述含水组合物传递到电氯化区，其中所述含水组合物中的所述至少一部分氯离子在所述电氯化区中转化为次氯酸根离子或次氯酸；以及

将所述含水组合物从所述电氯化区传递到所述电氯化区下游的混凝区。

28.根据权利要求27所述的方法，其进一步包括：

将所述含水组合物分离成第一部分和第二部分；

将所述含水组合物的所述第一部分传递到所述电氯化区；

通过旁路管线将所述含水组合物的所述第二部分传递到所述混凝区；

将所述含水组合物的所述第一部分从所述电氯化区传递到所述混凝区；以及

在所述混凝区中将所述含水组合物的所述第一部分与所述含水组合物的所述第二部分组合。

29.一种用于从含水组合物中去除有机化合物的方法，所述方法包括：

将所述含水组合物的至少一部分引入到电氯化区，引入到所述电氯化区的所述含水组合物至少包括氯离子、铁(II)化合物和一种或多种有机化合物；

通过在所述电氯化区中在厌氧条件下使电流通过所述含水组合物来将所述含水组合物中的所述氯离子中的至少一部分转化为次氯酸根或次氯酸；

在所述电氯化区或混凝区中用所述次氯酸根或所述次氯酸氧化所述含水组合物中的所述铁(II)化合物中的至少一部分以产生铁(III)离子；

在所述混凝区中用所述铁(III)离子使所述一种或多种有机化合物混凝以在所述含水组合物中产生多个不溶性固体颗粒；以及

从所述含水组合物中分离所述不溶性固体颗粒中的至少一部分，由此从所述含水组合物中去除所述有机化合物中的至少一部分。

30.根据权利要求29所述的方法，其中所述混凝区处于所述电氯化区下游。

31.根据权利要求29所述的方法，其中所述混凝区和所述电氯化区处于单个处理容器中。

32.根据权利要求29所述的方法，其进一步包括测量所述电氯化区中或所述电氯化区下游的所述含水组合物的电位性质。

33.根据权利要求32所述的方法，其进一步包括控制通过所述电氯化区中的所述含水组合物的所述电流的电压或电流密度或者调整所述含水组合物的所述至少一部分引入到所述电氯化区的流动速率，其中所述控制或所述调整是基于所述电氯化区中或所述电氯化区下游的所述含水组合物的所测量性质。

34.一种用于处理含水组合物的系统，所述系统包括：

电氯化系统，所述电氯化系统包含容器和安置在所述容器内的多个电极，所述电氯化系统能操作以通过使电流通过安置在具有所述多个电极的所述容器中的含水组合物来将所述含水组合物中的氯离子中的至少一部分转化为次氯酸根或次氯酸，其中所述电极各自包括具有外表面的非牺牲电极，所述外表面包含锆、钼、金、银、钽、钨、铬、碳、硫、硅或这些材料的氧化物中的一种或多种，并且所述多个电极能操作以使电流电位大于1.5 V的电流通过安置在所述容器内的所述含水化合物；以及

混凝容器，所述混凝容器处于所述电氯化系统下游。

35.根据权利要求34所述的系统，其进一步包括至少一个性质传感器，所述至少一个性质传感器定位在所述电氯化容器中或所述混凝容器下游。

36.根据权利要求34所述的系统，其进一步包括旁路管线，所述旁路管线能操作以使所述含水化合物的至少一部分绕过所述电氯化系统传递并且直接传递到所述混凝容器。

37.根据权利要求36所述的系统，其进一步包括控制阀，所述控制阀安置在所述旁路管线中，其中所述控制阀能操作以响应于由定位在所述电氯化容器中或所述电氯化容器下游的性质传感器确定的所测量性质来控制含水化合物的一部分进入所述电氯化容器的流动速率。

Claims (37)

1.一种用于处理含水组合物的方法，所述方法包括：

通过在厌氧条件下使电流通过所述含水组合物的至少一部分来将所述含水组合物中的氯离子中的至少一部分转化为次氯酸根离子或次氯酸，所述含水组合物包含所述氯离子、铁(II)化合物和一种或多种有机化合物；

使所述含水组合物的所述铁(II)化合物中的至少一部分与所述次氯酸根或所述次氯酸反应以产生铁(III)离子；以及

用所述铁(III)离子使所述一种或多种有机化合物混凝以在经过处理的含水组合物中产生多个不溶性固体颗粒。

2.根据权利要求1所述的方法，其中所述电流的电压大于或等于1.5伏(V)。

3.根据权利要求1所述的方法，其中所述电流的电压为1.5 V到5.0 V。

4.根据权利要求1所述的方法，其中所述电流的电流密度为1毫安每平方厘米到1安每平方厘米。

5.根据权利要求1所述的方法，其中所述含水组合物包括油田采出水的组合物。

6.根据权利要求1所述的方法，其中所述含水组合物的pH为2.5到8.5。

7.根据权利要求1所述的方法，其中所述含水组合物的pH为10.5到12.5。

8.根据权利要求1所述的方法，其中用非牺牲电极使所述电流通过所述含水组合物。

9.根据权利要求8所述的方法，其中所述非牺牲电极具有外表面，所述外表面包括以下中的一种或多种：锆、钼、金、银、钽、钨、铬、碳、硫、硅或这些材料的氧化物。

10.根据权利要求8所述的方法，其进一步包括使所述非牺牲电极的极性交替。

11.根据权利要求10所述的系统，其中通过包括波形发生器的电极极性交替器使所述非牺牲电极的所述极性交替。

12.根据权利要求8所述的系统，其进一步包括使所述非牺牲电极相对于所述含水组合物旋转。

13.根据权利要求12所述的系统，其中通过电极旋转系统使所述非牺牲电极旋转，所述电极旋转系统包括耦接到所述非牺牲电极中的每个非牺牲电极的轴和可操作地耦接到所述轴的驱动器，所述驱动器能操作以使所述轴和所述非牺牲电极相对于所述含水组合物旋转。

14.根据权利要求1所述的方法，其进一步包括通过将絮凝剂引入到所述含水组合物来使所述多个不溶性固体颗粒絮凝。

15.根据权利要求1所述的方法，其进一步包括从所述经过处理的含水组合物中分离所述多个不溶性固体颗粒。

16.根据权利要求1所述的方法，其进一步包括将补充性铁(II)化合物引入到所述含水组合物。

17.根据权利要求1所述的方法，其中使所述含水组合物全部经受所述电流。

18.根据权利要求1所述的方法，其进一步包括：

测量所述含水组合物或所述经过处理的含水组合物的性质；以及

响应于所测量性质而控制通过所述含水组合物的所述电流的电压或电流密度。

19.根据权利要求18所述的方法，其中所述性质包括氧化还原电位。

20.根据权利要求1所述的方法，其进一步包括：

将所述含水组合物分离成第一部分和第二部分；

通过在厌氧条件下使电流通过所述含水组合物的所述第一部分来将所述含水组合物的所述第一部分中的所述氯离子中的至少一部分转化为次氯酸根或次氯酸；以及

在将所述第一部分中的所述氯离子转化为次氯酸根或次氯酸之后，将所述含水组合物的所述第一部分与所述含水组合物的所述第二部分组合。

21.根据权利要求20所述的方法，其进一步包括：

测量所述水溶液的所述第一部分、所述含水组合物的所述第二部分或所述经过处理的含水组合物的性质；以及

基于所测量性质调整所述含水组合物的所述第一部分与所述第二部分的比率。

22.根据权利要求1所述的方法，其中所述含水组合物包括酚类化合物，并且所述经过处理的含水组合物在处理之后包括小于百万分之0.01重量份的酚类化合物。

23.根据权利要求1所述的方法，其中所述含水组合物包含大于或等于0.1重量％的原油，并且所述经过处理的含水组合物在处理之后包括小于50毫克每升的原油。

24.根据权利要求1所述的方法，其中所述方法在100千帕到1,000千帕的压力和25摄氏度到80摄氏度的温度下进行。

25.根据权利要求1所述的方法，其中所述含水组合物包括硫化氢，并且所述经过处理的含水组合物的硫化氢浓度小于所述含水化合物的硫化氢浓度。

26.根据权利要求1所述的方法，其进一步包括使来自所述含水组合物的无机阳离子物种共沉淀以及从所述经过处理的含水组合物中分离经过共沉淀的无机阳离子物种。

27.根据权利要求1所述的方法，其进一步包括：

将所述含水组合物传递到电氯化区，其中所述含水组合物中的所述至少一部分氯离子在所述电氯化区中转化为次氯酸根离子或次氯酸；以及

将所述含水组合物从所述电氯化区传递到所述电氯化区下游的混凝区。

28.根据权利要求27所述的方法，其进一步包括：

将所述含水组合物分离成第一部分和第二部分；

将所述含水组合物的所述第一部分传递到所述电氯化区；

通过旁路管线将所述含水组合物的所述第二部分传递到所述混凝区；

将所述含水组合物的所述第一部分从所述电氯化区传递到所述混凝区；以及

在所述混凝区中将所述含水组合物的所述第一部分与所述含水组合物的所述第二部分组合。

29.一种用于从含水组合物中去除有机化合物的方法，所述方法包括：

将所述含水组合物的至少一部分引入到电氯化区，所述含水组合物至少包括氯离子、铁(II)化合物和一种或多种有机化合物；

通过在所述电氯化区中在厌氧条件下使电流通过所述含水组合物来将所述含水组合物中的所述氯离子中的至少一部分转化为次氯酸根或次氯酸；

在所述电氯化区或混凝区中用所述次氯酸根或所述次氯酸氧化所述含水组合物中的所述铁(II)化合物中的至少一部分以产生铁(III)离子；

在所述混凝区中用所述铁(III)离子使所述一种或多种有机化合物混凝以在所述含水组合物中产生多个不溶性固体颗粒；以及

从所述含水组合物中分离所述不溶性固体颗粒中的至少一部分，由此从所述含水组合物中去除所述有机化合物中的至少一部分。

30.根据权利要求29所述的方法，其中所述混凝区处于所述电氯化区下游。

31.根据权利要求29所述的方法，其中所述混凝区和所述电氯化区处于单个处理容器中。

32.根据权利要求29所述的方法，其进一步包括测量所述电氯化区中或所述电氯化区下游的所述含水组合物的电位性质。

33.根据权利要求32所述的方法，其进一步包括控制通过所述电氯化区中的所述含水组合物的所述电流的电压或电流密度或者调整所述含水组合物的所述至少一部分引入到所述电氯化区的流动速率，其中所述控制或所述调整是基于所述电氯化区中或所述电氯化区下游的所述含水组合物的所测量性质。

34.一种用于处理含水组合物的系统，所述系统包括：

电氯化系统，所述电氯化系统包含容器和安置在所述容器内的多个电极，所述电氯化系统能操作以通过使电流通过安置在具有所述多个电极的所述容器中的含水组合物来将所述含水组合物中的氯离子中的至少一部分转化为次氯酸根或次氯酸，其中所述电极各自包括具有外表面的非牺牲电极，所述外表面包含锆、钼、金、银、钽、钨、铬、碳、硫、硅或这些材料的氧化物中的一种或多种，并且所述多个电极能操作以使电流电位大于1.5 V的电流通过安置在所述容器内的所述含水化合物；以及

混凝容器，所述混凝容器处于所述电氯化系统下游。

35.根据权利要求34所述的系统，其进一步包括至少一个性质传感器，所述至少一个性质传感器定位在所述电氯化容器中或所述混凝容器下游。

36.根据权利要求34所述的系统，其进一步包括旁路管线，所述旁路管线能操作以使所述含水化合物的至少一部分绕过所述电氯化系统传递并且直接传递到所述混凝容器。

37.根据权利要求36所述的系统，其进一步包括控制阀，所述控制阀安置在所述旁路管线中，其中所述控制阀能操作以响应于由定位在所述电氯化容器中或所述电氯化容器下游的性质传感器确定的所测量性质来控制含水化合物的一部分进入所述电氯化容器的流动速率。