JP2020507467A - 水質浄化用の塩素化補助凝固プロセス - Google Patents

Abstract

有機および無機汚染物質を、石油生産操作によって発生した生成水などの水性組成物および水性流から除去するための塩素化補助凝固プロセスおよびシステムが開示される。塩素化補助凝固プロセスは、嫌気性条件下で水性組成物の少なくとも一部分に電流を通すことによって、水性組成物中の塩化物イオンの少なくとも一部分を次亜塩素酸イオンまたは次亜塩素酸に変換することを含み、水性組成物が、塩化物イオン、鉄（ＩＩ）化合物、および１つ以上の有機化合物を含む。塩素化補助凝固プロセスは、水性組成物の鉄（ＩＩ）化合物の少なくとも一部分を次亜塩素酸塩または次亜塩素酸と反応させて、鉄（ＩＩＩ）イオンを生成することと、１つ以上の有機化合物を鉄（ＩＩＩ）イオンと凝固させて、処理された水性組成物中に複数の不溶性固体粒子を生成することと、をさらに含む。

Description

関連出願の相互参照

本出願は、２０１７年２月１６日に出願された米国仮出願第６２／４５９，７３３号、および２０１７年１０月２４日に出願された米国非仮出願第１５／７９１，７３１号に対する優先権を主張する。米国仮出願第６２／４５９，７３３号および米国非仮出願第１５／７９１，７３１号の内容全体は、参照により本開示に組み込まれる。

本明細書は、概して、水性流を浄化するための処理プロセス、特に、石油生産または精製操作からの水性流を処理するための塩素化補助凝固プロセスに関する。

石油の掘削、生産、および／または精製は、油、フェノール化合物、ならびに他の有機および無機汚染物質などの有機化合物を含有する、例えば、生成水などの様々な水性流を生成し得る。これらの有機および無機汚染物質の多くは、これらの水性流からの水が掘削操作および精製プロセスで再利用され得るか、または下流の処理プロセスに送られ得る前に、水性流から除去されなければならない。様々な水処理システムが、これらの有機および無機汚染物質を、石油掘削、生産または精製操作で生成された水性流から除去するために利用可能である。しかしながら、従来の処理システムは、石油掘削および処理環境での使用に好適ではない場合がある。

掘削操作および地下層からの原油の抽出などの石油生産プロセス中に、水もまた、地下層から抽出され得る。地下層から抽出されたこの水は、石油産業では「生成水」（ＰＷ）として知られている。この生成水は、有機および無機化合物によって汚染されている場合があり、これらの有機および無機汚染物質は、一般に、水の再利用に関する業界基準を満たすために水から除去されなければならない。例えば、有機および無機汚染物質は、それが地下層に再注入され得るか、または別途再利用され得る前に、生成水から除去されなければならない。

水から汚染物質を除去するための従来の処理プロセスは、凝固プロセスを含む。典型的な凝固プロセスでは、硫酸鉄（ＩＩＩ）または硫酸アルミニウム（ＩＩＩ）のような凝固剤が水に添加されて、有機および無機汚染物質を、水から濾過または分離され得る不溶性固形分に凝固させる。しかしながら、従来の凝固剤が使用されるとき、硫酸イオンが、一般に、処理された水の中に取り残される。地層に再注入されるとき、これらの硫酸イオンは、バリウム、カルシウム、ストロンチウムイオン、または他の金属イオンと共に不溶性塩を形成し、これらの不溶性塩が蓄積して、地層中の岩石中の孔を塞ぐ場合がある。それゆえに、従来の金属硫酸塩凝固剤を使用する生成水の処理は、処理された水が地層に再注入されるときに地下層内の流れの制約を生じさせ、それによって、地層からの石油生産速度が低下させ得る。

電気凝固プロセスもまた、生成水を処理するために使用され得る。典型的な電気凝固プロセスは、カソードでの可燃性ガスである水素の形成を防止するために好気性条件下で運転される。加えて、従来の電気凝固プロセスでは、犠牲鉄またはアルミニウム電極が、鉄（ＩＩＩ）またはアルミニウム（ＩＩＩ）種に酸化され、これは、次いで、有機および無機汚染物質の凝固を誘発する。好気性条件下の酸素の存在下では、鉄またはアルミニウム電極の鉄（ＩＩＩ）またはアルミニウム（ＩＩＩ）への酸化反応は、熱または電位などの補足的なエネルギーのシステムへの導入なしで急速に起こる自発的反応である。典型的な電気凝固プロセスでは、例えば、酸素ガス、オゾン、過酸化水素、もしくはこれらの組み合わせなどの酸素源、または他の酸化剤が汚染された水流に導入されて、消耗鉄またはアルミニウム電極の酸化を容易にする。

しかしながら、石油生産または処理施設内で生成水を処理するために酸素または酸素生成化合物を添加することは、コストが非常に高く、危険である。典型的な石油生産プラントは、最大１５０，０００バレル／日（ＭＰＤ）の生産水を発生させ得る。１５０ＭＰＤの生成水を従来の電気凝固プロセスで処理することは、相当量の酸素が消費されることを必要とし、相当の材料コストを結果としてもたらす。犠牲電極もまた頻繁に交換されなければならず、これは、電気凝固プロセスの運転コストを大幅に増大させ得る。加えて、石油およびガスの生産および処理施設は、爆発性環境に分類され、これらの爆発性環境での酸化剤、特に酸素ガス、オゾン、または過酸化物の生産または貯蔵は、望ましくない火災または爆発の危険をもたらし、かつ火災に関連する物的損害および人的被害の危険性を劇的に高め得る。さらに、処理された生成水中の残留溶解酸素は、例えば、腐食の増加、または貯留地層への再注入のための容認できない水規格値などの、いくつかの水の再生利用および再利用の用途に対する問題を生じさせ得る。処理された水の中の残留溶解酸素は、脱酸素剤として作用する薬品もまた、処理された生成水に添加されて、それを坑内地層への再注入に好適なものにするようにすることを必要とする。

それゆえに、炭化水素処理施設で運転することがより安全であり、かつ酸化剤および凝固剤などの処理薬品の非常に少量の添加を必要とする、処理プロセスに対する必要性が存在する。本開示の塩素化補助凝固プロセスおよびシステムは、生成水の既存の化学的性質、特に相当濃度の溶解鉄（ＩＩ）イオンおよび高塩分（すなわち、高濃度の塩化物イオン）の存在を利用して、生成水から有機および無機化合物を凝固させて除去する。塩素化補助凝固プロセスおよびシステムは、嫌気性条件下で行われる凝固プロセスを利用する。加えて、凝固プロセスは、塩化物イオン（すなわち、生成水の天然塩分からの）が生成水に電流を通すことによって次亜塩素酸塩（ＣｌＯ⁻）または次亜塩素酸（ＨＣｌＯ）に変換される塩素化工程を含む。生成水中の鉄（ＩＩ）イオンは、次いで、次亜塩素酸塩または次亜塩素酸によって鉄（ＩＩＩ）イオンに酸化され、次いで、有機および無機汚染物質と錯体を形成して、汚染物質を不溶性固体に凝固させる。本明細書に開示されている塩素化補助凝固プロセスおよびシステムは、炭化水素処理施設で運転することがより安全であり、かつ処理中に生成水に大量の薬品を添加する必要がない。

一実施形態によると、水性組成物を処理するためのプロセスは、嫌気性条件下で水性組成物の少なくとも一部分に電流を通すことによって、水性組成物中の塩化物イオンの少なくとも一部分を次亜塩素酸イオンまたは次亜塩素酸に変換することを含み、水性組成物が、塩化物イオン、鉄（ＩＩ）化合物、および１つ以上の有機化合物を含む。プロセスは、水性組成物の鉄（ＩＩ）化合物の少なくとも一部分を次亜塩素酸塩または次亜塩素酸と反応させて、鉄（ＩＩＩ）イオンを生成することと、１つ以上の有機化合物を鉄（ＩＩＩ）イオンと凝固させて、処理された水性組成物中に複数の不溶性固体粒子を生成することと、をさらに含み得る。

別の実施形態によると、水性組成物から有機化合物を除去するためのプロセスは、水性組成物の少なくとも一部分を電気塩素化ゾーンに導入することであって、水性組成物が、少なくとも塩化物イオン、鉄（ＩＩ）化合物、および１つ以上の有機化合物を含む、導入することを含み得る。プロセスは、電気塩素化ゾーン内で、嫌気性条件下で水性組成物に電流を通すことによって、水性組成物中の塩化物イオンの少なくとも一部分を次亜塩素酸塩または次亜塩素酸に変換することをさらに含み得る。プロセスは、水性組成物の鉄（ＩＩ）化合物の少なくとも一部分を、電気塩素化ゾーンまたは凝固ゾーン内の次亜塩素酸塩または次亜塩素酸を用いて酸化させて、鉄（ＩＩＩ）イオンを生成することと、１つ以上の有機化合物を凝固ゾーン内の鉄（ＩＩＩ）イオンと凝固させて、水性組成物中に複数の不溶性固体粒子を生成することと、を含み得る。プロセスは、水性組成物から不溶性固体粒子の少なくとも一部分を分離し、それによって、水性組成物から有機化合物の少なくとも一部分を除去することと、をさらに含み得る。

さらに他の実施形態によると、水性組成物を処理するためのシステムは、容器および容器内に配置された複数の電極を含む電気塩素化システムを含み得る。電気塩素化システムは、複数の電極を有する容器内に配置された水性組成物に電流を通すことによって、水性組成物中の塩化物イオンの少なくとも一部分を次亜塩素酸塩または次亜塩素酸に変換するように操作可能である。電極は各々、ジルコニウム、モリブデン、金、銀、タンタル、タングステン、クロム、炭素、硫黄、ケイ素、またはこれらの材料の酸化物のうちの１つ以上を含む外面を有する非犠牲電極を備え得、複数の電極は、容器内に配置された水性組成物に１．５Ｖ超の電流電位を有する電流を通すように操作可能である。システムはまた、電気塩素化システムの下流に凝固容器を含み得る。

いくつかの実施形態では、システムは、電気塩素化容器内または電気塩素化容器の下流に位置付けられた特性センサをさらに含み得る。いくつかの実施形態では、システムは、電気塩素化システムの周囲かつ凝固容器に直接、水性組成物の少なくとも一部分を送るように操作可能なバイパスラインを含み得る。システムは、バイパスライン内に配置された制御弁を含み得、制御弁が、電気塩素化容器または電気塩素化容器の下流に位置付けられた特性センサからのフィードバックに応答して、電気塩素化容器への水性組成物の一部分の流量を制御するように操作可能である。

記載された実施形態のさらなる特徴および利点は、以下の発明を実施するための形態に記載され、一部はその説明から当業者に容易に明白であるか、または以下の発明を実施するための形態、特許請求の範囲、および添付の図面を含む記載された実施形態を実施することによって認識される。

本開示の特定の実施形態の以下の詳細な説明は、同様の構造が同様の参照番号で示されている以下の図面と併せて読むと、最もよく理解することができる。

本開示の１つ以上の実施形態による、塩素化補助凝固システムを概略的に図示する。 本開示の１つ以上の実施形態による、塩化物および鉄の電位−ｐＨ図を概略的に図示する。 本開示の１つ以上の実施形態による、図１の塩素化補助凝固システムの有機化合物の凝固および凝集を概略的に図示する。 本開示の１つ以上の実施形態による、塩素化補助凝固システムの別の実施形態を概略的に図示する。 本開示の１つ以上の実施形態による、塩素化補助凝固システムのさらに別の実施形態を概略的に図示する。 本開示の１つ以上の実施形態による、塩素化促進凝固システムのまた別の実施形態を概略的に示す図である。 本開示の１つ以上の実施形態による、塩素化補助凝固システムの性能を評価するための実験装置を概略的に図示する。 本開示の１つ以上の実施形態による、図７の実験装置を使用して塩素化補助凝固プロセスを実施するために使用される従来の電極の写真である。 本開示の１つ以上の実施形態による、図７の実験装置を使用して塩素化補助凝固プロセスを実施するために使用された、非犠牲タンタル電極の写真である。 本開示の１つ以上の実施形態による、図６の塩素化補助凝固プロセスの電極回転システムを概略的に図示する。

図１および４〜６の簡略化された概略図および説明を説明する目的上、用いられ得る、かつ特定の化学処理操作の当業者に公知であり得る、多数の弁、温度センサ、電子コントローラなどは含められていない。さらに、典型的な化学処理操作、ガス供給システム、電気システム、ポンプ、圧縮機、撹拌システム、ミキサー、または他のサブシステムに多くの場合に含められる、付随する構成要素は、図示されない場合がある。これらの構成要素は、開示された本実施形態の趣旨および範囲内にあることが理解されるべきである。しかしながら、本開示に記載されているものなどの操作構成要素は、本開示に記載された実施形態に追加されてもよい。

図面中の矢印は、プロセス流を指す。しかしながら、矢印は、等価的に、２つ以上のシステム構成要素間でプロセス流を移送するように機能し得る移送線を指し得る。加えて、システム構成要素に接続する矢印は、各々の所与のシステム構成要素の入口または出口を定義し得る。矢印の方向は、矢印によって示される物理的移送線内に含まれる流れの材料の主な移動方向に概ね対応する。さらに、２つ以上のシステム構成要素を接続しない矢印は、図示されたシステムから流出する生成流または図示されたシステムに流入するシステム入口流を示し得る。生成物流は、付随する化学処理システムでさらに処理されてもよく、または最終生成物として市販されてもよい。

加えて、図面の矢印は、あるシステム構成要素から別のシステム構成要素に流れを搬送するプロセス工程を概略的に示し得る。例えば、あるシステム構成要素から別のシステム構成要素を指し示す矢印は、あるシステム構成要素から「流出する」または「除去される」プロセス流の含有物を含み得るシステム構成要素流出物を別のシステム構成要素に「送る」こと、およびその生成物流の含有物を別のシステム構成要素に「導入する」ことを表す。

図１、４、５および６の概略的なフロー図で２つ以上の線が交差するとき、２つ以上のプロセス流が「混合される」または「組み合わせられる」ことを理解されたい。混合または組み合わせはまた、両方の流れを、容器、反応装置、分離装置、または他のシステム構成要素などの同様のシステム構成要素に直接導入することによって混合することも含み得る。例えば、２つの流れが、システム構成要素に流入する前に、直接、組み合わせられるように図示されるとき、流れが、等価的に、システム構成要素内に導入されてシステム構成要素内で混合され得ることを理解されたい。

ここで、様々な実施形態をより詳細に参照し、そのいくつかの実施形態が添付の図面に示される。可能な限り、図面全体を通して同じまたは類似の部分を指すために同じ参照番号が使用される。

生成水および他の水性組成物または石油生産もしくは石油精製プロセスから生成された流れから有機および無機汚染物質を除去するための方法およびシステムが開示される。図１を参照すると、塩素化補助凝固プロセスを実施するための塩素化補助凝固システム１００の一実施形態が図示されている。塩素化補助凝固システム１００は、電気塩素化システム１０４、凝固システム１０６、および分離システム１０８を含み得る。塩素化補助凝固プロセスは、生成水または他の水性流から有機および無機汚染物質を除去するために塩素化補助凝固システム１００を使用して実施され得る。塩素化補助凝固プロセスは、嫌気性条件下で水性組成物の少なくとも一部分に電流を通すことによって、水性組成物中の塩化物イオンの少なくとも一部分を次亜塩素酸イオンまたは次亜塩素酸に変換することを含み得る。水性組成物は、塩化物イオン、鉄（ＩＩ）化合物、および１つ以上の有機化合物を含み得る。水性組成物は、生成水であり得る。塩素化補助凝固プロセスはまた、水性組成物の鉄（ＩＩ）化合物の少なくとも一部分を次亜塩素酸塩または次亜塩素酸と反応させて、鉄（ＩＩＩ）イオンを生成することと、１つ以上の有機化合物を鉄（ＩＩＩ）イオンと凝固させて、処理された水性組成物中に複数の不溶性固体粒子を生成することと、を含み得る。

塩素化補助凝固プロセスは、油滴、天然ガス、溶解有機化合物、またはこれらの組み合わせなどの有機化合物を水性組成物から除去し得る。電気塩素化プロセスによって形成された強酸化剤は、フェノールなどの環境に有害な有機化合物と反応して、これらの有害な有機化合物をより環境に良い化合物に分解し得る。嫌気性条件下で電気塩素化および凝固を実施することによって、塩素化補助凝固プロセスは、爆発性環境として分類され得る、炭化水素処理施設で運転することがより安全であり得、従来の処理プロセスと比較して、酸化剤および凝固剤などの処理薬品の非常に少量の添加を必要とし得る。

塩素化補助凝固プロセスの嫌気性操作はまた、水性組成物に通される電流の制御を介してシステム内の酸化剤の濃度を制御することによって硫酸塩の形成を防止し得る。塩素化補助凝固プロセスの嫌気性操作はまた、処理された水性組成物からの凝固された固形分の混合を提供するか、またはそれらの浮選分離を補助するために利用され得る水素ガス（Ｈ_２）の発生を結果としてもたらし得る。加えて、塩素化補助凝固プロセスは、石油生産または精製プロセス固有の操作温度および圧力で実施され得る。塩素化補助凝固プロセスはまた、初期に高濃度の硫化水素（Ｈ_２Ｓ）を有するサワー生成水からＨ_２Ｓを除去し得る。塩素化補助凝固プロセスのこれらのおよび他の利点および利益は、本開示において後に考察されることになる。

本開示で使用される際、「好気性」という用語は、酸素（Ｏ_２）、オゾン（Ｏ_３）、過酸化水素（Ｈ_２Ｏ_２）、他の過酸化物、他の酸素発生化合物、またはこれらの組み合わせの存在下で１つ以上の反応を実施することを指す。「好気性」という用語は、反応物としての酸素、オゾン、過酸化物、他の酸素発生化合物、もしくはこれらの組み合わせ、反応生成物としての酸素、オゾン、もしくは過酸化物の発生、または別途、酸素、オゾン、過酸化物、他の酸素発生化合物、もしくはこれらの組み合わせの存在下で反応を実施することを含み得る。

本開示で使用される際、「嫌気性」という用語は、無酸素環境で１つ以上の反応を実施することを指す。「無酸素」という用語は、２０体積百万分率未満の溶解酸素を有する環境を指す。２０体積百万分率超の溶解酸素含有量を有する水溶液または環境は、もはや主として嫌気性条件下で動作しない。

本開示で使用される際、「オンサイト」という用語は、反応物、触媒または他の化合物などの１つ以上の化合物を水性組成物に添加せずに、その元の状態で水性組成物の１つ以上の成分を反応させて１つ以上の反応生成物を生成することを指す。言い換えると、反応を実施することと関連付けられた化合物の全ては、処理される水性組成物に固有である。「オンサイト」は、ラテン語のインサイチュの代わりに本開示で利用される。

本開示で使用される際、「生成水」という用語は、石油もしくは天然ガスの生産中に生産井によって地下層から抽出される水、ならびに／またはガスおよび石油分離プラント（ＧＯＳＰ）もしくは他の石油処理施設から発生した水流を指す。地下の石油およびガスは、多くの場合、石油およびガスと共に相当量の水を含み得る。ガスおよび石油の抽出中、この水もまた、ガスまたは石油と共に副産物として抽出され、続いてガスまたは石油から分離される。ガスおよび石油から分離されたこの水は、生成水と称され得る。しかしながら、生成水はまた、地下層中に天然に存在する水、地下層中の石油およびガスを生産井に向けて押し出すために地下層中に注入された水、地下層から抽出された他の水、またはこれらの組み合わせも含み得る。先で考察されるように、生成水はまた、ＧＯＳＰおよび石油処理施設などの石油操作からの水流も含み得る。生成水はまた、地下層から抽出された水と、原油の脱塩に使用される淡水、別の石油処理施設で発生した産業廃水、消火用水貯蔵設備からの水、他の水流またはこれらの組み合わせなどの、１つ以上の水の他の流れとの混合物を含み得る。

本開示で使用される際、「サワー生成水」という用語は、高濃度の硫化水素を有する生成水を指す。「サワー生成水」中の高濃度の硫化水素は、ＧＯＳＰ中の生成水から分離された対応する生成ガス流中に存在する硫化水素の濃度によって特徴付けられ得る。「サワー生成水」については、対応する生成ガス流は、５体積パーセント（体積％）〜２０体積％の範囲の硫化水素含有量を有し得る。

本開示で使用される際、「スウィート生成水」という用語は、低濃度の硫化水素を有する生成水を指す。「スウィート生成水」中の低濃度の硫化水素は、ＧＯＳＰ中の生成水から分離された対応する生成ガス流の硫化水素含有量によって特徴付けられ得る。「スウィート生成水」について、対応する生成ガス流は、５体積パーセント（体積％）未満の硫化水素含有量を有し得る。

生成水は、遊離油および炭化水素ガスなどの有機化合物、溶解炭化水素、フェノール化合物、有機酸、アルコールなどの他の溶解有機化合物、またはこれらの組み合わせを含み得る。いくつかの実施形態では、流入する生成水は、生成水の総体積に基づいて０．１体積パーセント（体積％）超の油含有量を有し得る。いくつかの実施形態では、生成水は、最大１体積％または１体積％超の油含有量を有し得る。生成水は、溶解鉱物、金属、およびアニオン種などの無機汚染物質も含み得る。生成水中に存在し得る無機汚染物質としては、限定されるものではないが、アルミニウム、カルシウム、マグネシウム、ヒ素、カドミウム、クロム、銅、鉄、鉛、マンガン、ニッケル、カリウム、ナトリウム、セレン、亜鉛、バリウム、リチウム、硫黄、ストロンチウム、チタン、バナジウム、他の金属もしくは無機汚染物質、またはこれらの組み合わせが挙げられ得る。これらの有機および無機汚染物質は、水の再利用または地下層への再注入に関する業界基準を満たすために、生成水から除去されなければならない。

先で考察されるように、生成水は、様々な鉄（ＩＩ）種の形態の固有の鉄を含み得る。生成水は、１００ミリグラム／リットル（ｍｇ／Ｌ）以下の鉄（ＩＩ）を有し得る。例えば、いくつかの実施形態では、生成水は、８０ｍｇ／Ｌ以下の鉄（ＩＩ）、５０ｍｇ／Ｌ以下の鉄（ＩＩ）、または２０ｍｇ／Ｌ以下の鉄（ＩＩ）を有し得る。いくつかの実施形態では、生成水は、０．５ｍｇ／Ｌ以上の鉄（ＩＩ）、１ｍｇ／Ｌ以上の鉄（ＩＩ）、２ｍｇ／Ｌ以上の鉄（ＩＩ）、またはさらに５ｍｇ／Ｌ以上の鉄（ＩＩ）を有し得る。例えば、いくつかの実施形態では、生成水は、０．５ｍｇ／Ｌ〜１００ｍｇ／Ｌ、０．５ｍｇ／Ｌ〜５０ｍｇ／Ｌ、０．５ｍｇ／Ｌ〜２０ｍｇ／Ｌ、１ｍｇ／Ｌ〜１００ｍｇ／Ｌ、１ｍｇ／Ｌ〜５０ｍｇ／Ｌ、１ｍｇ／Ｌ〜２０ｍｇ／Ｌ、５ｍｇ／Ｌ〜１００ｍｇ／Ｌ、５ｍｇ／Ｌ〜５０ｍｇ／Ｌ、または５ｍｇ／Ｌ〜２０ｍｇ／Ｌの鉄（ＩＩ）種を有し得る。

上記の有機および無機化合物に加えて、生成水はまた、高度の塩分を有する。例えば、生成水は、高濃度の塩化物イオンを有し得る。本開示で後述されるように、これらの塩化物イオンは、電気塩素化プロセスを介して、フェノールおよび他の有機物などの毒性有機化合物を酸化するために、かつ固有の鉄（ＩＩ）種を、生成水の無機および有機汚染物質の凝固を可能にし得る、鉄（ＩＩＩ）に酸化するために、使用され得る有用な薬品にオンサイトで（適所で）変換され得る。いくつかの実施形態では、生成水中の塩化物イオンの濃度は、４，０００ｍｇ／Ｌ以上、１０，０００ｍｇ／Ｌ以上、２０，０００ｍｇ／Ｌ以上、５０，０００ｍｇ／Ｌ以上、またはさらに１００，０００ｍｇ／Ｌ以上であり得る。いくつかの実施形態では、生成水は、４，０００ミリグラム／リットル（ｍｇ／Ｌ）〜１５０，０００ｍｇ／Ｌの塩化物イオンを含み得る。他の実施形態では、生成水は、１０，０００ｍｇ／Ｌ〜１５０，０００ｍｇ／Ｌ、２０，０００ｍｇ／Ｌ〜１５０，０００ｍｇ／Ｌ、５０，０００ｍｇ／Ｌ〜１５０，０００ｍｇ／Ｌ、または１００，０００ｍｇ／Ｌ〜１５０，０００ｍｇ／Ｌの塩化物イオンを含み得る。生成水は、生産操作条件で４〜７の範囲のｐＨを有し得る。

生成水は、抗乳化剤、水和物抑制剤、掘削流体、スペーサ流体、または他の薬品などの油田薬品の配合物からの水溶性ポリマーを含み得る。これらの水溶性ポリマーの例としては、限定されるものではないが、抗乳化剤構成からのポリエチレンオキシド、水和物抑制剤中に見出されるポリアミド、掘削流体中で使用されるキサンタンガム（ＸＣ）ポリマー、他の水溶性ポリマー、またはポリマーの組み合わせが挙げられ得る。これらの水溶性ポリマーは、キレート物質として作用し得る。例えば、水溶性ポリマーは、鉄（ＩＩＩ）化合物と強く相互作用して、凝固中に生成される不溶性固体のより大きいフロックを作製する場合がある。言い換えると、生成水中の水溶性ポリマーは、追加の凝集剤として作用し得、処理された水から凝固された不溶性固体の分離を改善するために凝集剤を添加する必要性を低下または排除し得る。

生成水は、溶解硫化水素（Ｈ_２Ｓ）および他の溶解ガスを含み得る。生成水はまた、溶解固形分、浮遊物質、他のコロイド材料、またはこれらの組み合わせを含み得、これらは、処理された生成水の再利用または再注入の前に除去されなければならない。

塩素化補助凝固システムおよびプロセスは、石油および天然ガス生産から発生した生成水を処理する文脈で本開示に説明される。しかしながら、塩素化補助凝固システムおよびプロセスが、様々な有機および無機汚染物質を含む他の水性組成物に使用され得ることが理解される。例えば、塩素化補助凝固システムおよびプロセスは、炭化水素生産操作、炭化水素精製プロセス、または他の化学的もしくは石油化学的製造プロセス中に発生した他の水性流から有機および無機汚染物質を除去するために使用され得る。開示された塩素化補助凝固システムおよび方法は、有機汚染物ならびに高濃度の塩化物イオンおよび固有の鉄（ＩＩ）種を有する水性組成物に特に適している。

図１を参照すると、生成水１０２または他の水性流から有機および無機汚染物質を除去するための塩素化補助凝固システム１００の実施形態が図示されている。塩素化補助凝固システム１００は、電気塩素化システム１０４、電気塩素化システム１０４の下流の凝固システム１０６、および凝固システム１０６の下流の分離システム１０８を含み得る。

いくつかの実施形態では、電気塩素化システム１０４は、電気塩素化容器１１０などの容器を含み得る。電気塩素化容器１１０は、電気塩素化容器１１０内に位置付けられて、電気塩素化容器１１０に導入された生成水１０２と接触する、カソード１１４およびアノード１１６を含み得る、複数の電極１７４を含み得る。いくつかの実施形態では、電気塩素化容器１１０は、２〜２０個の電極１７４を含み得る。電極１７４は、生成水１０２中の塩化物イオンを次亜塩素酸または次亜塩素酸塩などの強酸化剤に変換するために十分な電圧および電流を生成することができる電源１１２に連結されている。いくつかの実施形態では、電源１１２は、直流（ＤＣ）電源であり得る。塩素化された生成水流１１８は、電気塩素化システム１０４の電気塩素化容器１１０から凝固システム１０６に送られ得る。塩素化された生成水流１１８は、電気塩素化システム１０４によって生成された強酸化剤を含み得る。本開示において後で考察されるように、電気塩素化システム１０４内で実施される、塩化物イオンを強酸化剤に変換する電気塩素化プロセスは、水素ガス１２０を生成し得、これは、電気塩素化容器１１０から放出され得る。いくつかの実施形態では、電極１７４を電気塩素化容器１１０の底部分および／または中央部分に位置付けることは、生成された水素ガス１２０が、生成水から油滴を除去するためにＩＧＦプロセスでガスキャリアとして使用されることを可能にし得る。

いくつかの実施形態では、凝固システム１０６は、凝固容器１３０を含み得る。凝固システム１０６で実施される凝固プロセスでは、凝固システム１０６に送られる塩素化された生成水流１１８中の強酸化剤は、生成水１０２、塩素化された生成水１１８、またはその両方の中の固有の鉄（ＩＩ）種を、不溶性または部分的に可溶性の固体である鉄（ＩＩＩ）に変換し得る。鉄（ＩＩＩ）は、塩素化された生成水１１８中の有機および無機汚染物質と不溶性錯体を形成して、凝固された生成水流１３２を生成し得る。結果として生じる凝固された生成水流１３２は、凝固容器１３０から下流の分離システム１０８に送られ得る。分離システム１０８は、凝固された不溶性固体粒子１５４を処理された生成水１５２から分離するための１つ以上の分離装置１５０を含み得る。

凝固プロセスは、例えば、次亜塩素酸または次亜塩素酸金属塩などの酸化剤の存在によって開始され得る。本開示に上述されたように、生成水中に存在する高濃度の塩化物イオンは、生成水の電気分解を介して、生成水中に既に存在する塩化物イオンを次亜塩素酸または次亜塩素酸金属塩に変換することによって、オンサイトで、少量のこれらの強酸化剤を形成するために使用され得る。電気分解工程は、本開示全体を通して電気塩素化と称され得る。

電気塩素化は、水を塩素化するために使用されてきており、この水は、その後、飲料水としての人間の消費のために、または、例えば、水泳プールなどのタンクの消毒のために使用され得る。電気塩素化は、船舶のバラスト水などの汚染された水を処理するためにも使用されてきた。電気塩素化反応は、酸性条件下で次亜塩素酸（ＨＣｌＯ）、または塩基性条件下で次亜塩素酸塩（ＣｌＯ⁻）を調製するために、塩化ナトリウムなどの金属塩化物の適所（オンサイト）での電気分解を含み得る。従来の電気塩素化では、次亜塩素酸または次亜塩素酸塩を生成する塩化物イオンの電気分解は、多くの場合、塩化物の電気分解が酸素ガス、オゾン、過酸化水素などの過酸化物化合物、他の酸素発生化合物、またはこれらの組み合わせの添加によって容易にされる、好気性条件下で実施される。本開示で後に提供される、反応１（ＲＸＮ１）および反応２（ＲＸＮ２）は、それぞれ、酸性および塩基性条件の両方での好気性条件下で電気塩素化中に起こる酸化／還元反応を例示する。ＲＸＮ１による好気性かつ酸性条件下での次亜塩素酸への塩化物イオンの電気塩素化は、約−０．２６１ボルト（Ｖ）の総反応電位を有する。ＲＸＮ２による好気性条件かつ塩基性条件下での次亜塩素酸塩への塩化物イオンの電気塩素化は、−０．４８９Ｖの総反応電位を有する。
好気性電気塩素化−酸性条件

好気性電気塩素化−塩基性条件

しかしながら、塩素化が好気性条件下で実施されるとき、酸素の存在は、例えば、亜塩素酸イオン、塩素酸イオン、または過塩素酸イオンを生成するために、より高い塩化物状態の酸化に反応を促進し得る。これらのより酸化された塩化物は、次亜塩素酸イオンよりも安定性が低く、かつ毒性が高い。さらに、酸性条件下（ｐＨ＜３）での好気性塩素化は、さらなる処理および処理プロセスから放出されるガス流からの除去を必要とする高毒性ガスである塩素を形成し得る。

石油または天然ガス生産操作では、プロセス条件が嫌気性であるように、酸素の不在下でのオンサイトでの次亜塩素酸または次亜塩素酸塩への塩化物イオンの変換は、炭化水素産業環境により良好に適し得る。嫌気性条件下で電気塩素化を行うことは、原油または天然ガスなどの炭化水素と、酸素、オゾン、過酸化物、その他の酸素発生化合物、酸化剤原料、またはこれらの組み合わせとの間の接触を防止することによって、塩素化補助凝固プロセスの火災の潜在性を低減または排除し得る。生成水中での次亜塩素酸または次亜塩素酸塩への塩化物イオンの嫌気性変換はまた、酸素、オゾン、過酸化物、酸素発生化合物、または酸化剤原料との原油または他の石油流の意図しない汚染の機会を低減させ得る。本開示で後に提供される、ＲＸＮ３およびＲＸＮ４は、それぞれ、酸性および塩基性条件の両方での嫌気性条件下で電気塩素化中に起こる酸化／還元反応を例示する。ＲＸＮ３による嫌気性かつ酸性条件下での次亜塩素酸への塩化物イオンの電気塩素化は、約−１．４９ボルト（Ｖ）の総反応電位を有する。ＲＸＮ４による嫌気性かつ塩基性条件下での次亜塩素酸塩への塩化物イオンの電気塩素化は、−１．７１７７Ｖの総反応電位を有する。
嫌気性電気塩素化−酸性条件

嫌気性電気塩素化−塩基性条件

ＲＸＮ３およびＲＸＮ４に示されるように、次亜塩素酸（ＲＸＮ３）または次亜塩素酸塩（ＲＸＮ４）への塩化物イオンの嫌気性変換は、反応物として酸素の導入を必要とせず、反応生成物として酸素を生成しない。

図２を参照すると、塩化物および鉄系統の電位−ｐＨ図が図示されている。図２の電位−ｐＨ図は、水溶液の電位（ｙ軸）およびｐＨ（ｘ軸）に基づく、塩化物および鉄を含む水溶液の安定平衡状態を例示する。図２の参照番号２０２および２０４は、水の安定限界を表す。参照番号２０６は、約７超のｐＨでの塩化物イオンと次亜塩素酸塩との間の安定性境界を指す。約７超の特定のｐＨでは、電圧が次亜塩素酸塩のより低い安定性境界２０６まで増加したとき、塩化物イオンは、ＲＸＮ４に従って反応して次亜塩素酸イオンを生成し得る。約７未満のｐＨでの次亜塩素酸のより低い安定性境界は、参照番号２０８によって識別される。約７未満の特定のｐＨでは、電圧が次亜塩素酸のより低い安定性境界２０８まで増加したとき、塩化物イオンは、ＲＸＮ３に従って反応して次亜塩素酸を生成し得る。図２の電位−ｐＨ図は、ｐＨの関数としての鉄および塩化物種の物理的状態（例えば、溶解または固体）を説明する。凝固（すなわち、不溶性粒子の形成）を開始するために、鉄（ＩＩＩ）イオンは、ｐＨが２．５〜１２．５の間の範囲である溶液中にある必要がある。２．５未満および１２．５超では、鉄（ＩＩＩ）種は、Ｆｅ^３＋ _（ａｑ）およびＦｅＯ_４ ^２− _（ａｑ）イオンとして水中に可溶性である。鉄（ＩＩ）種の可溶性もまた、考慮すべき事柄である。鉄（ＩＩ）種は、鉄（ＩＩＩ）に変換されるまで可溶性のままのはずである。約８．５未満または約１０．５超のｐＨでは、不溶性水酸化鉄（ＩＩ）は、好ましい物理的状態ではない。したがって、ｐＨは、８．５未満または１０．５超であるべきである。したがって、いくつかの実施形態では、凝固システム１００は、２．５〜８．５、または１０．５〜１２．５の操作ｐＨで操作され得る。先で考察されるように、生成水は、４〜７のｐＨを有し得る。いくつかの実施形態では、凝固システムは、２．５〜８、２．５〜７、３〜８．５、３〜８、３〜７、４〜８．５、４〜８、または４〜７の操作ｐＨで操作し得る。注入する生成水のｐＨと同様である４〜７のｐＨで凝固システムを操作することは、追加の工業薬品を用いて生成水のｐＨを調整する必要性を排除することによってシステムの操作コストを低下させ得る。

再び図１を参照して、塩素化補助凝固システム１００の電気塩素化システム１０４を使用する電気塩素化プロセスの操作が説明される。生成水１０２は、電気塩素化容器１１０に導入され得る。電気塩素化容器１１０では、生成水１０２が、電極１７４と接触する。電源１１２は、カソード１１４とアノード１１６との間などの電極１７４間に電位を生成し、電気塩素化容器１１０内の生成水１０２に電流を通させる。いくつかの実施形態では、電位（電圧）は１．５Ｖ以上、またはさらに１．８Ｖ以上であり得る。例えば、電圧は、１．５Ｖ〜５Ｖまたは１．８Ｖ〜５Ｖであり得る。電流は、生成水１０２の電気分解を生じさせて、塩化物イオンを、酸性条件下で次亜塩素酸または塩基性条件下で次亜塩素酸塩などの強酸化剤に変換し得る。塩素化された生成水１１８は、電気塩素化容器１１０から凝固容器１３０に送られ得る。塩素化された生成水１１８は、生成水と次亜塩素酸または次亜塩素酸塩との混合物を含み得る。電気塩素化システム１０４は、連続的に、半連続的に、またはバッチ式で実施され得る。

いくつかの実施形態では、電気塩素化システム１０４は、非犠牲電極である電極１７４を含み得る。電極１７４のための電極材料の選択は、塩素化補助凝固プロセスの有効性に影響を及ぼし得る。例えば、従来の電気凝固プロセスの限界は、操作中に、犠牲アルミニウムベースまたは鉄ベースの電極が不均一に消費されて、電気塩素化および凝固プロセス全体を通して不均一な反応条件をもたらす点である。さらに、場合によっては、電極の不均衡な消耗からのアルミニウムベースまたは鉄ベースの小片が、電気システムを短絡させる場合があり、これは、プロセスのシャットダウンを引き起こし得る。非犠牲電極を使用することは、円滑な操作、均一なプロセス条件、および塩素化補助凝固プロセスの経時的に一貫した性能を提供することによって、これらの限界を克服し得る。

電極１７４は、塩素化補助凝固プロセスのプロセス条件によって消費または腐食されない電極材料からなる少なくとも外面を有する非犠牲電極であり得る。いくつかの実施形態では、電極１７４のうちの１つ以上は、限定されるものではないが、グラファイト、早期遷移金属、希土類元素、またはこれらの組み合わせを含む電極材料で作製され得る。本開示で使用される際、「早期遷移金属」という用語は、ＩＵＰＡＣ周期表のＣＡＳ族ＩＩＩＢ、ＩＶＢ、ＶＢ、およびＶＩＢの金属を指す。希土類元素は、ＩＵＰＡＣ周期表のランタニド系列の元素を指す。いくつかの実施形態では、電極材料は、炭素、セリウム、クロム、ハフニウム、金、モリブデン、サマリウム、ケイ素、銀、タンタル、タングステン、硫黄、ジルコニウム、またはこれらの組み合わせのうちの１つ以上を含み得る。電極材料はまた、ジルコニウム、モリブデン、金、銀、タンタル、タングステン、クロム、炭素、硫黄、ケイ素、またはこれらの組み合わせの酸化物のいずれかを含み得る。電極材料に好適であり得る炭素材料の例としては、限定されるものではないが、非晶質炭素、グラファイト、グラフェン、酸化グラフェン、カーボンナノチューブ、炭素フィルム（熱分解炭素フィルム、ホウ素ドープダイヤモンドフィルム、ダイヤモンド状炭素フィルムなど）、熱分解グラファイト、他のタイプのカーボン、またはこれらの組み合わせが挙げられ得る。いくつかの実施形態では、電極は、タンタルまたは五酸化タンタル（Ｔａ_２Ｏ_５）などのタンタル酸化物から作製されてもよい。さらに他の実施形態では、電極１７４は、電極１７４の外面が電極材料を含むように、不活性支持体材料上に支持された電極材料の外層を含み得る。好適な不活性支持体材料としては、限定されるものではないが、ガラス、セラミック、酸化チタン、他の不活性支持体材料、またはこれらの組み合わせが挙げられ得る。

これらの上記の材料から作製された電極１７４の使用は、塩素化補助凝固プロセス中に置かれる条件下で電極の腐食を低減または防止し得る。それゆえに、これらの非犠牲電極は、電極の腐食または消耗に起因して、低頻度の交換を必要とし得る。電極を交換することは、電極のコスト、および塩素化補助凝固プロセスをシャットダウンし、それを大気に開放して電極を交換し、次いで、システムを操作に戻す前にシステム内の空気をパージするコストに起因して、石油生産施設で高コストな仕事であり得る。非犠牲電極の使用は、それゆえに、塩素化補助凝固システム１００を操作および維持するコストを著しく低下させ得る。例えば、消耗電極を有する嫌気性電気凝固システムは、原油生産施設などの、分類された爆発性エリアで連続運転が必要とされる産業用途で操作するには経済的ではない場合がある。これは、消耗電極が半バッチ操作および頻繁な電極の交換を必要し、したがって、非犠牲電極を使用するシステムと比較して凝固システムの資本的支出（ＣＡＰＥＸ）を増加させるためである。加えて、セミバッチ操作での消耗電極の交換は、人力集約的であり、したがって、非犠牲電極を使用することと比較してより多くの営業費用（ＯＰＥＸ）を結果としてもたらす。

例えば、鉄またはアルミニウムなどの特定の材料は、電極１７４の不均一な消耗、および先で考察されるように電気塩素化システムを短絡させる確率の上昇をもたらし得る、電気塩素化または凝固プロセス中の電極材料の消耗に起因して、電極材料としての使用に好適ではない場合がある。追加の材料は、高濃度の硫化水素を有する生成水（サワー生成水）の存在下でこれらの電極材料の腐食が観察されるため、電極材料での使用に好適ではない場合がある。

図１０を参照すると、いくつかの実施形態では、塩素化補助凝固システム１００は、複数のカソード１１４および複数のアノード１１６を含み得る、複数の電極１７４を含み得る。電極１７４は、電気塩素化反応を実施するために十分な表面積を提供する形状を有し得る。例えば、いくつかの実施形態では、電極１７４は、図９に示される平板電極などの平板であり得る。これらの平板電極は、長方形、正方形、円形、楕円形、多角形、または任意の他の形状である電極表面の形状を有し得る。いくつかの実施形態では、電極１７４は、長方形の平板とすることができる。代替的に、他の実施形態では、電極１７４は、円形の平板とすることができる。電極１７４は、電極１７４と電気塩素化システム１０４（図１）内の水性組成物との間に十分な接触を提供するために十分に大きい電極表面の表面積を有し得る。図１、４、５および６を参照すると、いくつかの実施形態では、電極１７４は、電気塩素化容器１１０または処理容器１４０（図６）内に垂直に位置付けられ得る。本開示で使用される際、垂直に位置付けられるとは、電極１７４の最大寸法が図１、４、５および６の＋／−Ｚ軸と整列される電極１７４の配向を指す。電極１７４は、電気塩素化容器１１０または処理容器１４０の上部分、中央部分、または底部分に垂直に位置付けられ得る。図１０を参照すると、他の実施形態では、複数の電極１７４は、電気塩素化容器１１０内に水平に位置付けられてもよい。本開示で使用される際、水平に位置付けられるとは、電極１７４の最大寸法が図１０の座標軸の＋／−Ｚ軸に対して実質的に垂直である電極１７４の配向を指す。電極１７４はまた、処理容器１４０内に水平に位置付けられてもよい（図６）。電極１７４は、電気塩素化容器１１０（図１０）または処理容器１４０（図６）の上部分、中央部分、または底部分に水平に位置付けられてもよい。いくつかの実施形態では、電極１７４は、電極１７４で発生した水素ガスが、油滴および／または個体を除去するための浮選ガスとして使用されることを可能にするために、電気塩素化容器１００または処理容器１４０の中央部分または底部分に垂直または水平に位置付けられ得る。

ＲＸＮ３およびＲＸＮ４に示されるように、嫌気性条件下で操作する電気塩素化プロセスは、カソード１１４の表面で水素ガスを生成し得る。水素ガスは、マイクロバブルを形成し得、これは、カソード１１４の表面から分離し、電気塩素化システム１０４内の生成水を介して上方に移動し得る。水素ガスは、水性組成物への混合を提供するため、または生成水中の固体粒子および／もしくは油滴の浮選を促進するために使用され得る。水素ガスは、最終的に電気塩素化システム１０４から放出され得る。いくつかの実施形態では、電気塩素化中の水素ガスマイクロバブルの生成は、凝固された固形分、凝集された固形分、油滴、またはこれらの組み合わせの浮選を促進するために使用され得る。

図４を参照すると、いくつかの実施形態では、塩素化補助凝固システム１００は、電極１７４の極性を周期的に交番させるように操作可能な電極極性オルタネータ１６０を含み得る。例えば、いくつかの実施形態では、電極極性オルタネータ１６０は、電極１７４の各々が電気的に連結される電源１１２の端子を切り替えるように操作可能な電気機械デバイスを含み得る。代替的に、他の実施形態では、電極極性オルタネータ１６０は、電極１７４の極性を交番させるように操作可能な微調整済み電気回路を含み得る。例えば、いくつかの実施形態では、電極極性オルタネータ１６０は、方形波、矩形波、パルス波、正弦波、三角波、のこぎり波、または他の好適なタイプの波形などのうちの１つ以上を発生するよう操作可能な電気波形発生器を含み得る。いくつかの実施形態では、電極極性オルタネータ１６０は、電極の極性の交番を制御するためのコントローラ１６２に通信可能に連結され得る。

電極極性オルタネータ１６０を用いて電極１７４の極性を交番させることは、電極１７４の外面上への材料の堆積を低減または防止し得、これは、塩素化補助凝固プロセスの操作中の電極１７４の汚れを低減または防止し得る。いくつかの実施形態では、非犠牲電極１７４の極性を交番させることは、電極１７４間の水素マイクロバブルの発生をシフトさせて、生成水の体積全体にわたって水素マイクロバブルをより均一に分散させ得る。

図１０を参照すると、いくつかの実施形態では、塩素化補助凝固システム６００は、処理容器１４０内で電極を並進または回転させるように操作可能な電極回転システム１７０を含み得る。電極回転システム１７０は、図１０に図示される塩素化補助凝固システム６００の単一処理容器１４０に一体化されているように図示されているが、電極回転システム１７０はまた、図１、４および５に図示される塩素化補助凝固システム１００の電気塩素化容器１１０に組み込まれてもよい。電極回転システム１７０は、処理容器１４０内の電極１７４を回転または周転させて、水素気泡またはマイクロバブルの発生を処理容器１４０内に配置された生成水全体にわたって均一に分散させるように操作可能であり得る。いくつかの実施形態では、電極１７４は、処理容器１４０内で回転または周転されて、水素ガス気泡を処理容器１４０の断面にわたって均一に分散させ得る。いくつかの実施形態では、電極１７４は、電極１７４が処理容器１４０内で回転または周転されている間に、処理容器１４０全体にわたる水素ガスマイクロバブルの分散を可能にし得る流体力学的形状を有し得る。

図１０を参照すると、いくつかの実施形態では、電極回転システム１７０は、処理容器１４０の内容積内に延在するシャフト１７２と、シャフトと共に回転するようにシャフト１７２に連結された複数の電極１７４と、を含み得る。いくつかの実施形態では、複数の電極１７４は、複数のカソード１１４および複数のアノード１１６を含み得る。シャフト１７２は、上軸受１８０および任意選択的に下軸受１８２によって処理容器１４０に回転可能に連結され得る。電気モータなどの駆動装置１７６、または他の好適な駆動機構は、シャフト１７０に操作可能に連結され得、シャフト１７０および電極１７４を処理容器１４０に対して回転させるように操作可能であり得る。電極回転システム１７０はまた、電極１７４を電源１１２に電気的に連結し、かつ電源１１２に対する電極１７４の回転を可能にするように操作可能な回転接触子１７８を含み得る。例えば、回転接触子１７８は、スリップリングもしくは他の回転接触子、またはこれらの組み合わせを含み得る。電極回転システム１７０の他の構成も考えられる。

いくつかの実施形態において、塩素化補助凝固システム１００は、電極極性オルタネータ１６０および電極回転システム１７０の両方を含み得る。図１０を参照すると、回転接触子１７８は、電極極性オルタネータ１６０に電気的に連結され得る。電極極性オルタネータ１６０は、電源１１２に電気的に連結され得、電極回転システム１７０のシャフト１７２に連結された電極１７４の極性を交番させるように操作可能であり得る。上記のように、電極極性オルタネータ１６０は、電極極性オルタネータ１６０の操作を制御するためのコントローラ１６２に通信可能に連結され得る。それゆえに、これらの実施形態では、電極１７４は、電極回転システム１７０によって処理容器１４０内で物理的に回転または周転され得、同時に電極１７４の極性は、電極極性オルタネータ１６０によって交番され得る。好適な流体力学的設計を有する回転または周転電極と電極の極性を交番させる微調整済み電気回路との組み合わせは、生成水からの有機および無機化合物の除去の改善を結果としてもたらし得る。

電気塩素化プロセスは、本開示において先で考察されるように、２．５〜８、２．５〜７、３〜８．５、３〜８、３〜７、４〜８．５、４〜８または４〜７などの、２．５〜８．５のｐＨ範囲にわたって嫌気性条件下で実施され得る。代替的に、いくつかの他の実施形態では、電気塩素化プロセスは、１０．５〜１２．５のｐＨ範囲にわたる嫌気性条件下で実施されてもよい。いくつかの実施形態では、電気塩素化プロセスは、生成水のｐＨで実施されてもよい。例えば、生成水は、４〜７のｐＨを有し得、電気塩素化プロセスは、生成水のｐＨの調整を回避するために４〜７のわずかに酸性のｐＨ範囲の下で嫌気的に実施されてもよい。

いくつかの実施形態では、電気塩素化プロセスは、鉄（ＩＩＩ）凝固プロセスを開始するために、ちょうど十分な酸化剤（次亜塩素酸または次亜塩素酸塩）を生成するために十分な条件下で実施され得る。いくつかの実施形態では、電気塩素化プロセスは、０．１ｍｇ／Ｌ〜１０，０００ｍｇ／Ｌ、例えば、０．１ｍｇ／Ｌ〜４０００ｍｇ／Ｌ、０．１ｍｇ／Ｌ〜６００ｍｇ／Ｌ、０．１ｍｇ／Ｌ〜２００ｍｇ／Ｌ、０．１ｍｇ／Ｌ〜５０ｍｇ／Ｌ、５０ｍｇ／Ｌ〜１０，０００ｍｇ／Ｌ、５０ｍｇ／Ｌ〜４０００ｍｇ／Ｌ、５０ｍｇ／Ｌ〜６００ｍｇ／Ｌ、５０ｍｇ／Ｌ〜２００ｍｇ／Ｌ、２００ｍｇ／Ｌ〜１０，０００ｍｇ／Ｌ、２００ｍｇ／Ｌ〜４０００ｍｇ／Ｌ、２００ｍｇ／Ｌ〜６００ｍｇ／Ｌ、６００ｍｇ／Ｌ〜１０，０００ｍｇ／Ｌ、６００ｍｇ／Ｌ〜４０００ｍｇ／Ｌ、または４０００ｍｇ／Ｌ〜１０，０００ｍｇ／Ｌの濃度の次亜塩素酸、次亜塩素酸イオン、またはその両方を含む酸化剤を生成し得る。例えば、スウィート生成水の処理を含むいくつかの実施形態では、電気塩素化プロセスは、次亜塩素酸、次亜塩素酸イオン、またはその両方を含む、０．１ｍｇ／Ｌ〜２００ｍｇ／Ｌ、または０．１ｍｇ／Ｌ〜５０ｍｇ／Ｌの酸化剤を生成するように構成され得る。代替的に、サワー生成水の処理を含む他の実施形態では、電気塩素化プロセスは、次亜塩素酸、次亜塩素酸イオン、またはその両方を含む、６００ｍｇ／Ｌ〜１０，０００ｍｇ／Ｌの酸化剤を生成するように構成され得る。いくつかの実施形態では、電気塩素化プロセスは、３．５バール（３５０，０００パスカル）での操作の下、次亜塩素酸、次亜塩素酸イオン、またはその両方を含む、２００ｍｇ／Ｌ〜４０００ｍｇ／Ｌの酸化剤を生成し得る。

電気塩素化プロセスは、嫌気性条件下で電気塩素化を実施するために十分なボルト（Ｖ）単位の電流電位（電圧）で操作され得る。電気塩素化は、電圧が、生成水のｐＨ条件に依存し得る反応のための反応電位以上であるとき、酸素不在の嫌気性条件下で進行し得る。７未満のｐＨを有する酸性条件下で塩化物イオンから次亜塩素酸を嫌気的に生成するために、次亜塩素酸を生成するための反応電位は、ＲＸＮ３に示されるように−１．４９Ｖである。それゆえに、酸性条件下では、電気塩素化反応は、電圧が１．４９Ｖ以上であるときに嫌気的に進行する。７超のｐＨを有する塩基性条件下で塩化物イオンから次亜塩素酸を嫌気的に製造するために、次亜塩素酸塩を生成する反応電位は、−１．７２Ｖである。それゆえに、塩基性条件下では、電気塩素化反応は、電圧が１．７２Ｖ以上であるときに進行する。例えば、電圧が１．６Ｖに設定された場合、電流電位の大きさが、本開示で既に提示された、ＲＸＮ３で提供される−１．４９Ｖの反応電位の大きさよりも大きいため、酸性条件下で次亜塩素酸への塩化物イオンの嫌気性変換が起こることになる。しかしながら、塩基性条件では、電流電位が、本開示で既に提示された、ＲＸＮ４に示される−１．７２の反応電位の大きさ未満であるため、次亜塩素酸イオンへの塩化物イオンの嫌気性変換は、起こらないことになる。電流電位が１．４９Ｖ未満である場合、次いで、次亜塩素酸または次亜塩素酸イオンへの塩化物イオンの変換は、嫌気性条件下では起こらないことになる。いくつかの実施形態では、電極に印加される電位差（電圧）は、１．５Ｖ〜５．０Ｖ、１．５Ｖ〜４．０Ｖ、１．５Ｖ〜３．０Ｖ、１．５Ｖ〜２．０Ｖ、１．５Ｖ〜１．８Ｖ、１．７Ｖ〜５．０Ｖ、１．７Ｖ〜４．０Ｖ、１．７Ｖ〜３．０Ｖ、１．７Ｖ〜２．０Ｖ、１．８Ｖ〜５．０Ｖ、１．８Ｖ〜４．０Ｖ、１．８Ｖ〜３．０Ｖ、または１．８Ｖ〜２．０Ｖとすることができる。

電極間の生成水を通される電流量は、強酸化剤の収率を制御し得る。強酸化剤である次亜塩素酸または次亜塩素酸塩に変換された生成水中の塩化物イオンの量は、電極によって生成水中を通される電流の大きさに比例する。それゆえに、形成される酸化剤の量は、電極間の電流密度を制御することによるなどの、電極間の生成水を通される電流量を制御することによって制御され得る。したがって、電気塩素化プロセスは、強酸化剤の生成を制御するために電流量を制御することによって微調整され得る。電気塩素化システムは、生成された強酸化剤の量を検出する酸化還元電位（ＯＲＰ）センサを含み得る。ＯＲＰは、電気塩素化容器１１０（図１）内または電気塩素化容器１１０の下流に位置付けられ得る。いくつかの実施形態では、塩素化補助凝固システム１００は、電気塩素化容器１１０内、電気塩素化容器１１０の下流、凝固容器１３０の下流、またはこれらの組み合わせで位置付けられた複数のＯＲＰセンサを含み得る。電流量は、ＯＲＰセンサによって検出された強酸化剤の量に基づいて調整され得る。

電気塩素化プロセスは、鉄（ＩＩＩ）への生成水中の鉄（ＩＩ）の変換を開始および維持して、凝固プロセスを開始および維持するために十分な強酸化剤（次亜塩素酸または次亜塩素酸塩）を生成するために十分である電流の電流密度で操作され得る。いくつかの実施形態では、電流密度は、１ミリアンペア／平方センチメートル（ｍＡ／ｃｍ^２）〜１アンペア／平方センチメートル（Ａ／ｃｍ^２）の範囲内であり得る。

電気塩素化プロセス、および全体としての塩素化補助凝固プロセスは、炭化水素生産および炭化水素精製操作での典型的な操作条件で実施され得る。例えば、電気塩素化プロセスを含む塩素化補助凝固プロセスは、生産プロセスによって発生した生成水の圧力で実施され得る。いくつかの実施形態では、電気塩素化プロセスを含む塩素化補助凝固プロセスは、大気圧よりも高い圧力で実施され得る。例えば、電気塩素化プロセスを含む塩素化補助凝固プロセスは、１バール（１００キロパスカル）〜１０バール（１，０００キロパスカル）の圧力で実施され得る。図１を参照すると、いくつかの実施形態では、電気塩素化容器１１０、凝固容器１３０、またはその両方は、１００ｋＰａ〜１，０００ｋＰａの圧力で操作することができる圧力容器であり得る。

対照的に、大気圧よりも高い圧力での好気性条件下での生成水の電気塩素化は、硫酸塩の形成を生じさせ得、これは、処理された生成水が地層に再注入されるときに地下層の岩石孔を塞ぐ場合がある。本開示において先で考察されるように、生成水は、溶解硫化水素ガスを含み得る。加圧下で、好気性塩素化に用いられる酸化剤は、硫化水素の硫黄と反応して硫酸塩を生成し得る。これらの硫黄は、処理された生成水が地層に再注入されるとき、バリウム、カルシウムおよびストロンチウムイオンを含む不溶性塩を形成し得る。これらの不溶性塩は、地層の岩石中の孔に堆積し、岩石のこれらの孔を塞ぐ場合がある。その結果、地層からの石油生産の減少をもたらし得る。好気性電気塩素化プロセスでの追加の圧力はまた、追加の酸素を生成水中に溶解させ得、これは、産業プロセスでの水の再利用または貯留地層内への水の再注入のための酸素レベル規格値を満たすように水をさらに処理するために、処理プロセスの下流で脱酸素剤の添加を必要とし得る。それゆえに、嫌気性条件下で本開示の塩素化補助凝固プロセスを操作することは、処理された生成水中の硫酸塩の形成を低減または防止し、過剰の溶解酸素を除去する追加の脱酸素剤を導入する必要性を低減または排除し得る。

いくつかの実施形態では、電気塩素化プロセスを含む塩素化補助凝固プロセスは、炭化水素生産または炭化水素精製操作の典型的な温度で実施され得る。例えば、いくつかの実施形態では、電気塩素化プロセス工程を含む塩素化補助凝固プロセスは、摂氏２５度（℃）〜８０℃の温度で実施され得る。図１を参照すると、いくつかの実施形態では、電気塩素化容器１１０、凝固容器１３０、またはその両方は、塩素化補助凝固プロセス全体にわたって生成水１０２の温度を維持するための１つ以上の熱伝達システムを含み得る。

いくつかの実施形態では、電気塩素化プロセス１０４を含む塩素化補助凝固プロセス１００は、塩素化補助凝固プロセス１００に導入された水性組成物が、油水分離装置（ＷＯＳＥＰ）と一般的に称される水処理施設から得られ得る、ガス石油分離プラント（ＧＯＳＰ）プロセスの最終段階の典型的な圧力および温度で実施され得る。これらのプロセス条件下で、電気塩素化プロセス１０４を含む塩素化補助凝固プロセス１００は、１００ｋＰａ〜１０００ｋＰａの圧力および１０℃〜６０℃の範囲の温度で実施され得る。ＧＯＳＰおよび／またはＷＯＳＥＰから得られる水性組成物は、限定されるものではないが、最大０．１体積％の非溶解油、最大０．１体積％の微細浮遊固体粒子、ＣＯ_２、Ｈ_２Ｓなどの溶解酸性ガス、他の汚染物質、またはこれらの汚染物質の任意の組み合わせなどの汚染物質を含み得る。かかるプロセス条件では、電気塩素化プロセス１０４を含む塩素化補助凝固プロセス１００に導入される水性組成物の流量は、１立方メートル／時（ｍ^３／時）〜１０００ｍ^３／時であり得る。例えば、いくつかの実施形態では、電気塩素化プロセス１０４を含む塩素化補助凝固プロセス１００に導入される水性組成物の流量は、１ｍ^３／時〜３００ｍ^３／時、１０ｍ^３／時〜１０００ｍ^３／時、１０ｍ^３／時〜３００ｍ^３／時、または３００ｍ^３／時〜１０００ｍ^３／時であり得る。いくつかの実施形態では、塩素化補助凝固プロセス１００の電気塩素化容器１１０内などの、電気塩素化プロセス１００での水性組成物の滞留時間は、１０秒〜１０分であり得る。いくつかの実施形態では、塩素化補助凝固プロセス１００の凝固容器１３０内の水性組成物の滞留時間は、５分〜６０分であってもよい。

電気塩素化プロセスに続いて、次亜塩素酸または次亜塩素酸塩などの強酸化剤は、生成水中の固有の溶解鉄（ＩＩ）種と反応して鉄（ＩＩ）を鉄（ＩＩＩ）に酸化し得る。本開示に従って有機および無機汚染物質を凝固するために使用され得る、鉄（ＩＩＩ）を生成するために生成水中に既に存在する固有の溶解鉄（ＩＩ）種を酸化することは、従来の凝固および電気凝固システムと比較して、いくつかの利点を提供し得る。

従来の凝固プロセスは、２つの方法のうちの１つによって鉄（ＩＩＩ）を導入する。第１のタイプの従来の凝固プロセスでは、硫酸鉄（ＩＩＩ）（Ｆｅ_２（ＳＯ_４）_３）または硫酸アルミニウム（ＩＩＩ）（Ａｌ_２（ＳＯ_４）_３）などの凝固剤が、一般に、固体として反応装置に添加され、凝固は、一般に、大気温度および大気圧の好気性条件下で実施される。しかしながら、これらの従来の凝固剤の添加はまた、生成水から回収された油の品質にとって有害である酸素を取り込むことになる。また、これらの従来の凝固剤を生成水に添加することは、処理された生成水中に硫酸イオンを生成する。本開示において先で考察されるように、これらの硫酸塩は、処理された生成水が地層に再注入されるとき、バリウム、カルシウム、およびストロンチウムイオンを含む不溶性塩を形成し得る。これらの不溶性塩は、地層の岩石中の孔に堆積し、かつ岩石中のこれらの孔を塞ぎ、岩石中の流れの制約を生じさせ得る。その結果、流れの制約に起因して、地層からの炭化水素の生成速度の低下をもたらし得る。好気性条件下での従来の凝固剤の使用はまた、処理施設およびパイプライン網全体にわたるスケール形成を結果としてもたらし、酸素濃度の上昇は、設備および配管の腐食速度を上昇させる。さらに、好気性条件下での従来の凝固剤の使用はまた、細菌の増殖を結果としてもたらし得、水の特性を変化させ得る。最後に、硫酸アルミニウム（Ａｌ_２（ＳＯ_４）_３）は、化学的に有害な物質であり、材料の取扱いおよび保管に関して安全性の問題を提示する。

第２のタイプの従来の凝固プロセスは、犠牲鉄またはアルミニウム電極を使用する電気凝固を含む。このタイプの従来の凝固プロセスでは、犠牲電極および水性組成物は、電池を形成し、電流は、犠牲電極と水溶液によって形成された電池によって提供され得る。鉄またはアルミニウムは、電極から消費されて水溶液中に鉄（ＩＩＩ）またはアルミニウム（ＩＩＩ）イオンを生成する。典型的な電気凝固プロセスが、酸化物状態（０）から（ＩＩＩ）に進む、鉄（０）またはアルミニウム（０）金属の犠牲電極を使用することに留意されたい。従来の電気凝固は、酸性条件で反応５（ＲＸＮ５）に従って好気条件下で、または塩基性条件で反応６（ＲＸＮ６）に従って好気性条件下で実施され得る。後に示されるように、ＲＸＮ５について、電極および水性組成物中に溶解された酸素によって形成される電池の電位は、１．２６９Ｖである。従来の電気凝固はまた、酸性条件について反応７（ＲＸＮ７）および塩基性条件について反応８（ＲＸＮ８）に従って嫌気性条件下でも実施され得る。ＲＸＮ８について、反応電極電位は、負であり、これは、反応が自発的に起こらないことを意味する。ＲＸＮ８について、反応を進行させるために、電極に−０．７８７７の電流電位が供給されなければならない。ＲＸＮ５〜ＲＸＮ８は、本開示では後に提供される。
好気性電気凝固−酸性条件

好気性電気凝固−塩基性条件

嫌気性電気凝固−酸性条件

嫌気性電気凝固−塩基性条件

従来の電気凝固プロセスは、典型的には、水素生成を回避するために、好気性条件下で実施される。水素ガスは、可燃性であり、通常、他の産業では望ましくない。さらに、酸素の存在下では、ＲＸＮ５およびＲＸＮ６の正の反応電位によって示されるように、鉄（ＩＩＩ）種への鉄電極の酸化反応は、自発的反応である。比較すると、嫌気性条件下で進む同一の従来の電気凝固プロセスは、ＲＸＮ７の非常に小さい正の反応電位によって示されるように、酸性条件下では非常に低速で起こることになる。ＲＸＮ８に示されている塩基性条件では、電気凝固は、嫌気性条件下では自発的ではなく、それゆえに、鉄（ＩＩＩ）種の形成が進行しないことになる。少なくとも０．７８７７Ｖの電圧が、塩基性条件下で嫌気的に起こる、鉄（ＩＩＩ）への鉄（０）の変換に必要とされることになる。

従来の凝固プロセスとは対照的に、本開示に説明される塩素化補助凝固プロセスは、凝固剤を生成するために固体凝固剤の添加または消耗性電極の消耗を必要とする従来の凝固プロセスと比較して、凝固剤の添加を必要としない。塩素化補助凝固プロセスは、代わりに、生成水中に既に存在する、および／または生成水中に添加された、鉄（ＩＩ）化合物を使用する。先で考察されるように、塩素化補助凝固プロセスの電気塩素化工程中に生成された次亜塩素酸または次亜塩素酸塩は、生成水中の鉄（ＩＩ）化合物と反応されて、鉄（ＩＩ）を鉄（ＩＩＩ）に変換し得る。

塩素化工程中に生成された次亜塩素酸（ＨＣｌＯ）または次亜塩素酸塩（ＣｌＯ⁻）などの強酸化剤は、生成水中の鉄（ＩＩ）種と容易に反応して、鉄（ＩＩＩ）を生成し得る。この鉄（ＩＩＩ）は、３〜１０のｐＨで生成水中に不溶性または部分的にのみ可溶性であり得る。部分的に可溶性の鉄（ＩＩＩ）の形成のレドックス反応のカスケードの概要は、反応９（ＲＸＮ９）および反応１０（ＲＸＮ１０）に示されており、これらは、本開示で後に提供される。ＲＸＮ９は、酸性条件下で鉄（ＩＩＩ）を形成する反応を例示し、ＲＸＮは、塩基性条件下で鉄（ＩＩＩ）を形成する反応を例示する。
鉄（ＩＩＩ）の形成−酸性条件

嫌気性電気凝固−塩基性条件

図２を参照すると、鉄および塩化物イオンを含む水溶液の電位−ｐＨ図が例示される。電位−ｐＨ図はまた、ｐＨの関数として、関連する鉄および塩化物種の、溶解または固体などの物理的状態を説明する。図２は、２．５〜８．５のｐＨ範囲で、鉄（ＩＩ）イオン、次亜塩素酸、および次亜塩素酸イオンが可溶性であり、かつ鉄（ＩＩＩ）種が不溶性であることを示している。したがって、凝固プロセスは、先で考察されるように、２．５〜８．５、または３〜８のｐＨ範囲で起こることになる。

本開示の塩素化補助凝固プロセスの実施形態に従って凝固を開始するために、生成水中に存在する固有の鉄（ＩＩ）を鉄（ＩＩＩ）に変換することは、処理された生成水への硫酸イオンの添加を結果としてもたらさない。さらに、塩素化補助凝固システムでは、プロセスが酸素を生成水中に導入しないため、硫酸イオンが、硫黄の酸素との反応を通して生成されない。したがって、塩素化補助凝固プロセスによって生成された、処理された生成水は、実質的により低い濃度の硫酸塩を有し、地層への再注入により好適である。より低い濃度の硫酸塩を含む塩素化補助凝固プロセスによって生成された、処理された生成水はまた、膜技術を使用する水の脱塩などの水の再利用または再生利用で目的とされる、さらなる処理プロセスにより好適であり得る。

加えて、生成水中の鉄（ＩＩ）化合物を鉄（ＩＩＩ）に変換することによって鉄（ＩＩＩ）種を発生させることは、犠牲電極の消耗による鉄の導入を必要としない。先で考察されるように、犠牲電極の使用は、電極の不均一な消耗を結果としてもたらし得、経時的に不均一な反応条件を残し、電極材料の不均一な消耗の結果として電極から遊離された小片または破片に起因して電極の潜在的な短絡を結果としてもたらし得る。非犠牲電極を使用し、かつ鉄（ＩＩ）を鉄（ＩＩＩ）に変換して凝固剤を提供することによって、本開示の塩素化補助凝固プロセスは、経時的に一貫した操作条件を提供し得、電極の周期的交換の頻度を減少させるか、または排除し得る。塩素化補助凝固プロセスでの非犠牲電極の使用はまた、電極の形状および表面の設計が、電界を操作して電気塩素化容器の内側にマイクロバブルを均一に分散させることを可能にし得る。これは、電極の表面上の空間位置に対する操作条件さえも、結果としてもたらし得る。

固有の鉄（ＩＩ）を鉄（ＩＩＩ）に変換することに加えて、強酸化剤の次亜塩素酸または次亜塩素酸塩はまた、フェノール、原油の液滴、または有毒もしくは環境に有害であり得る他の溶解有機物などの有機化合物を、二酸化炭素または他のより小さい有機化合物などの環境に良い化合物に酸化し得る。例えば、いくつかの実施形態では、高毒性フェノールは、強酸化剤によってより小さい有機分子に酸化されて、生成水からフェノールを、検出不能濃度未満まで減少または除去し得る。強酸化剤による有機化合物の酸化によって生成された環境に良い化合物のいくつかは、有用な薬品であり得る。例えば、電気塩素化プロセス工程中に生成された強酸化剤は、生成水中の油および他の溶解有機化合物の少なくとも一部分を酸化して、原油および他の溶解有機化合物を、反応条件に応じてカルボン酸またはカルボン酸塩に変換し得る。カルボン酸またはカルボン酸塩は、油層に再注入される場合、原油回収薬品を補助する際に有益であり得る界面活性剤特性を呈し得る。

図１を参照すると、強酸化剤による鉄（ＩＩＩ）への固有の鉄（ＩＩ）の酸化は、電気塩素化容器１１０、凝固容器１３０、またはその両方内で部分的に起こり得る。いくつかの実施形態では、強酸化剤による鉄（ＩＩＩ）への鉄（ＩＩ）の酸化は、電気塩素化容器１１０内で始まり、塩素化された生成水流１１８が電気塩素化容器１１０から凝固容器１３０に送られるときに継続し得る。

有機および無機化合物の凝固は、正に帯電されている不溶性（または部分的に可溶性）粒子を必要とし得る。かかる粒子は、例えば、鉄（＋ＩＩＩ）種、アルミニウム（＋ＩＩＩ）種、またはその両方を含み得る。しかしながら、鉄塩は、鉄が２つよりも多い酸化状態（０、＋ＩＩ、および＋ＩＩＩ）を有することに対して、アルミニウムが２つのみの酸化状態（０、および＋ＩＩＩ）を有するため、特に有利であり得る。さらに、鉄（＋ＩＩ）種は、２．５〜８．５の範囲のｐＨで部分的に可溶性または不溶性である鉄（＋ＩＩＩ）化合物と比較して、操作のｐＨ範囲内、好ましくは、４〜７の生成水ｐＨ条件で可溶性である。本開示に説明されている塩素化補助凝固プロセスは、有機および無機化合物を凝固させるための鉄（ＩＩＩ）を使用する。

図１を参照すると、図示された塩素化補助凝固システム１００では、塩素化された生成水流１１８は、凝固システム１０６の凝固容器１３０に送られ得る。いくつかの実施形態では、凝固システム１０６は、凝固プロセス中に塩素化された生成水１１８を混合するための撹拌システム１２６を任意選択的に含み得る。撹拌システム１２６は、限定されるものではないが、１つ以上の撹拌機、ミキサー、バブラー、通気装置、隔壁、凝固容器１３０の内容物を混合することができる他のデバイス、またはこれらの組み合わせを含み得る。

さらに、凝固システム１０６は、塩素化補助凝固プロセスの操作を制御するために使用され得る１つ以上のセンサ１６４（図５）（図示せず）を含み得る。センサ１６４は、電気塩素化容器１１０内または電気塩素化容器１１０の下流の水溶液の特性を測定するように操作可能であり得る。例えば、センサ１６４は、ＯＰＲセンサ、ｐＨ計、総溶解固形分（ＴＤＳ）センサ、光学センサ、他のセンサ、またはこれらの組み合わせのうちの１つ以上を含み得る。いくつかの実施形態では、センサ１６４は、生成水１０２の１つまたは複数の特性を測定するために、塩素化補助凝固システム１００への生成水１０２供給流に配置され得る。センサ１６４によって測定される特性は、次亜塩素酸または次亜塩素酸塩の濃度、ｐＨ、総溶解固形分、有機物の濃度、濁度、鉄濃度、酸化還元電位、または生成水１０２、塩素化された生成水流１１８、凝固された生成水流１３２、処理された生成水流１５２、もしくはこれらの組み合わせの他の特性を含み得る。いくつかの実施形態では、センサ１６４は、生成水１０２、塩素化された生成水流１１８、凝固された生成水流１３２、処理された生成水流１５２、もしくはこれらの組み合わせの中の有機物の量を測定するために、紫外光、可視光、または赤外光を使用する光センサを含み得る。いくつかの実施形態では、センサ１６４は、塩素化された生成水流１１８、凝固された生成水流１３２、または処理された生成水流１５２内に位置付けられて、これらの流れの特性を測定し得る。凝固システム１０６はまた、凝固容器１３０内の鉄（ＩＩＩ）フロックの濃度を監視する濁度センサ（図示せず）を含み得る。いくつかの実施形態では、塩素化補助凝固システム１００は、生成水１０２、塩素化された生成水１１８、凝固された生成水１３２、処理された生成水１５２、またはこれらの組み合わせの中の鉄（ＩＩ）の濃度を測定するために、鉄に対するインライン比色分析装置を含み得る。

図３を参照すると、凝固プロセスの概略表現が図示されている。凝固プロセス中、塩素化された生成水１１８中の可溶性鉄（ＩＩ）３０４は、電気塩素化工程で形成された強酸化剤によって不溶性または部分的に可溶性の鉄（ＩＩＩ）粒子３１０に変換され得る。鉄（ＩＩＩ）粒子３１０は、芳香族化合物、負に帯電されたコロイド３０８、またはその両方などの溶解有機化合物３０６を静電的に引き付けて、不溶性固体粒子３１２を形成し得る。下向きの矢印（すなわち、図３の座標軸の−Ｚ方向を指す矢印）によって示されるように、不溶性固体粒子３１２は、塩素化された生成水１１８から沈殿し得る。

いくつかの実施形態では、凝固プロセスは、生成水１０２中の固有の鉄（ＩＩ）が、例えば水酸化鉄（ＩＩＩ）などの鉄（ＩＩＩ）に変換され得るｐＨで実施され得る。例えば、いくつかの実施形態では、凝固プロセスは、２．５〜８．５、２．５〜８、２．５〜７、３〜８．５、３〜８、３〜７、４〜８．５、４〜８、４〜７または１０．５〜１２．５のｐＨで実施され得る。電気塩素化プロセスと同様に、凝固プロセスは、石油または天然ガス生産プロセスおよび炭化水素精製操作で典型的な操作条件で実施され得る。例えば、凝固プロセスは、１バール（１００キロパスカル）〜１０バール（１，０００キロパスカル）の圧力で実施され得る。凝固プロセスはまた、炭化水素生産または炭化水素精製操作の典型的な温度で実施され得る。例えば、いくつかの実施形態では、凝固プロセスは、摂氏２５度（℃）〜８０℃の温度で実施され得る。

場合によっては、生成水または他の水性流中の固有の鉄（ＩＩ）の濃度は、水の再利用または地下への再注入に関する業界基準を満たすために十分な生成水中の有機および無機汚染物質の凝固を維持するために十分ではない場合がある。それゆえに、いくつかの実施形態では、限定されるものではないが、市販の塩化鉄（ＩＩ）（ＦｅＣｌ_２）、酢酸鉄（ＩＩ）、またはこれらの組み合わせなどの補足的な鉄（ＩＩ）化合物が、プロセスの補足物として添加されてもよい。補足的な鉄（ＩＩ）化合物の添加は、塩素化補助凝固プロセスの性能を向上させ得る。

図４を参照すると、いくつかの実施形態では、補足的な鉄（ＩＩ）化合物１３４は、塩素化補助凝固システム１００の電気塩素化容器１１０に導入され得る。電気塩素化容器１１０への補足的な鉄（ＩＩ）化合物１３４の導入は、電気塩素化プロセスによる強酸化剤の生産時に、補足的な鉄（ＩＩ）化合物１３４が鉄（ＩＩＩ）種への変換に利用可能であることを可能にし得る。いくつかの実施形態では、補足的な鉄（ＩＩ）化合物は、注入システム（図示せず）を使用して電気塩素化容器１１０に注入され得る。代替的に、図４に破線で示されるように、補足的な鉄（ＩＩ）化合物１３４は、凝固容器１３０に導入されてもよい。

コロイドおよび／または鉄（ＩＩＩ）によって凝固された溶解有機化合物の重量に応じた、凝固および凝集プロセスの概略表現を例示する図３を参照すると、凝集剤化合物３１４は、塩素化された生成水１１８に添加され得る。凝集剤化合物３１４は、不溶性固体粒子３１２の粒子をより大きい凝集体またはフロック３１６に組み合わせて、不溶性固体粒子３１２の平均重量を増加させるように作用し得る。より大きいフロック３１６は、より大きい下向き矢印（すなわち、図３の座標軸の−Ｚ方向を指すより大きい矢印）によって示されるように、コロイド３０８および有機化合物３０６と凝固された鉄（ＩＩＩ）粒子の沈降速度を上昇させ得る。沈降速度を上昇させることは、有機および無機化合物の除去速度を上昇させ得る。凝集剤化合物は、限定されるものではないが、キトサン、ポリエチレンオキシド、他の凝集剤化合物、または凝集剤化合物の組み合わせのうちの１つ以上を含み得る。図４を参照すると、１つ以上の凝集剤化合物３１４（図３）を含む凝集剤組成物１３６が、凝固容器１３０に導入され得る。

しかしながら、いくつかの実施形態では、消費可能な凝集剤化合物の添加を必要としない場合があることに留意されたい。例えば、石油およびガス産業では、ポリエチレンオキシド（ＰＥＯ）が、油田薬品の多くの構成に見出され得る。他の水溶性ポリマーもまた存在し得、凝固された生成水１３２中で凝集効果を提供し得る。それゆえに、いくつかの実施形態では、凝固容器１３０への凝集剤組成物１３６の添加は、生成水１０２が、凝固された不溶性固形分を凝集させるために十分な量のＰＥＯおよび他の凝集ポリマーを含有し得るため、有機および無機化合物の除去の有意な増加を提供しない場合がある。続いて、本開示に説明される塩素化補助凝固プロセスは、ＰＥＯおよび他の水溶性ポリマーなどの油田薬品のキレート化成分の除去を、これらの材料の凝集特性の利点を利用することによって可能にする、予想外の結果を提供し得、不溶性固体粒子１５４の一部としてこれらの材料を除去し得る。生成水１０２中のＰＥＯおよび他の水溶性ポリマーの存在は、塩素化補助凝固プロセスに添加される凝集剤の量を減少させて、凝固された不溶性固形分の沈降速度を改善し得る。

図１および図４を参照すると、塩素化補助凝固プロセスは、凝固容器１３０の下流に分離システム１０８を含み得る。凝固された生成水１３２は、凝固容器１３０から分離システム１０８に送られ得、分離システム１０８は、凝固された生成水１３２から不溶性固体粒子１５４を分離して、処理された生成水１５２を生成し得る。分離システム１０８は、処理された生成水１５２から不溶性固体粒子１５４を分離することができる分離装置を含み得る。分離装置の例としては、限定されるものではないが、ガス浮選システム、沈降タンクまたはデカンテーションシステムなどの沈降システム、フィルタプレスのようなフィルタ、回転フィルタまたは他のタイプのフィルタ、膜分離装置、遠心分離装置、クルミ殻分離システム、粒子層プロセス、吸着材料を使用する浄水システム、他のタイプの固体／液体分離装置、または分離装置の組み合わせが挙げられ得る。

処理された生成水１５２は、水の再利用または地下層への水の再注入に対する業界基準を満たし得る。例えば、先で考察されるように、流入する生成水または他の水性組成物もしくは流れは、生成水の総体積に基づいて０．１体積パーセント（体積％）超の油含有量を有し得る。処理後、処理された生成水１５２または他の処理された水性組成物もしくは流れは、５０ミリグラム／リットル（ｍｇ／Ｌ）未満の油濃度を有し得る。加えて、塩素化補助凝固プロセス中に、フェノールのような有害な有機薬品は、強酸化剤と反応して、有害な有機薬品を無害な薬品に分解するか、または別途、凝固を介して生成水から除去され得る。いくつかの実施形態では、処理された生成水１５２または他の処理された水性組成物もしくは流れは、フェノール化合物を実質的に含まない場合がある。フェノールおよび他の有害な有機化合物に関して使用される際、成分を「実質的に含まない」という用語は、流れ、容器または反応ゾーンの特定の部分において、その成分が０．０１百万分率（ｐｐｍ）未満であることを意味する。一例として、フェノールを実質的に含まない、処理された生成水１５２は、０．０１ｐｐｍ未満のフェノールを有し得る。

塩素化補助凝固プロセスはまた、生成水から無機汚染物も除去し得る。無機物の共沈は、主に塩基性ｐＨ条件下で起こり得る。例えば、塩基性条件下では、塩素化補助凝固プロセスは、生成水からストロンチウム、バリウム、および他の無機種を除去し得る。これらの無機成分の除去は、処理された生成水１５２が貯留層に再注入される場合に、貯留層を詰まらせる危険性を減少させ得る。

いくつかの実施形態では、処理された生成水１５２は、さらなる処理のために１つ以上の下流の処理システムに送られ得る。例えば、本開示に説明される塩素化補助凝固プロセスは、原油が生成水から分離される石油およびガス生産施設で使用され得る。かかるガスおよび石油分離プラント（ＧＯＳＰ）では、生成水は、貯留層または排水井に再注入する前に、多くの場合、脱油される。従来の生成水脱油操作は、油水分離装置（ＷＯＳＥＰ）と称される大きい重力分離装置で、またはガス浮選、液体サイクロンを使用することによるなどの遠心分離、化学処理などの他の技術によってなされ得る。生成水の脱油は、生成水の油含有量を約１体積％から、石油生産現場に応じて約５０〜２０体積百万分率未満である、油層内への水の再注入の規格値まで減少させる。プロセスは、石油およびガス生産施設での使用に関して説明されているが、かかるプロセスは、精油所、石油化学ユニット、および油性水が浄化されることを必要とする他のプラントでの操作にも有用であり得る。

説明された塩素化補助凝固プロセスは、油田生成水を浄化し、生成水から固形分、有機溶解化合物、および油汚染物質を除去する、新しい解決策を提供し得る。水は、次いで、再利用用途のための脱塩などのさらなる処理のために送られるか、または地層中に再注入されるかのいずれかであり得る。生成水から除去された回収された油は、市場で値が付けられる場合がある。いくつかの実施形態では、塩素化補助凝固プロセスは、膜ベースの水脱塩プラントの一部としての前処理プロセスとして適用されてもよい。汚れは、水処理での膜技術の適用にとって主要な障害である。塩素化補助凝固プロセスは、油滴、有機化合物、固体粒子、潜在的にスケール形成する塩、またはこれらの組み合わせを除去するために生成水を前処理することによって、膜の目詰まり、ならびに汚れた濾過および脱塩膜の洗浄を低減または防止し得る。

非犠牲電極を用いて実施される塩素化補助凝固プロセスは、石油およびガス生産条件での生産水の脱油に好適であり得る。例えば、塩素化補助凝固プロセスは、分類された爆発性環境の安全要件を満たすように設計され得る。塩素化補助凝固プロセスは、広範囲の体積供給速度に対してサイズ決めされることができ、したがって、貯留地層内への再注入の前に大量の生成水を浄化するための解決策を提案する。これは、油含有量に対する再注入水の規格値が、密な貯留岩に起因して低い場合（水中に約５０ｐｐｍ未満の原油）、従来の液体サイクロンプロセスよりも有利であり得る。

さらに、塩素化補助凝固プロセスは、省エネルギーであり得る。生成水中に分散された原油を、その品質を低下させずに除去する省エネルギーなプロセスを提供することによって、塩素化補助凝固プロセスは、油水分離装置（ＷＯＳＥＰ）よりもコンパクトであり、かつ液体サイクロンと競合する、石油生産プラントの最終分離段階の代替を提案し得る。したがって、塩素化補助凝固プロセスは、海洋採油用のプラットフォーム上で利用され得る。

本明細書で記載されたように、生成水処理プロセスに統合されたとき、塩素化補助凝固プロセスは、膜の汚れおよび施設のスケール形成の問題に対する解決策を提案し得る。現在、油性水プロセスの膜の汚れを軽減するための広く受け入れられている信頼性のある技術的解決策は、存在しない。汚れは、石油およびガス産業でのセラミック濾過技術の普及を妨げる。塩素化補助凝固プロセスは、供給水の前処理として使用されるとき、濾過膜を保護し、かつ、プロセスで、いくらかの原油を回収する技術的解決策を提案し得る。さらに、膜ベースの水処理プロセスに対する洗浄要件を軽減する方式を提供することによって、本プロセスは、再利用のために大量の水を処理することに対するコスト競争力のある代替案を提案し得る。塩素化補助凝固プロセスが、嫌気性条件下で操作可能であるため、それは、限定されるものではないが、脱塩前の生成水研磨およびシェールオイル生産で実施される破砕作業のための水処理を含む、石油生産産業でも適用可能であり得る。

いくつかの実施形態では、処理された生成水１５２は、水をさらに浄化するために、膜脱塩プロセスなどの脱塩プロセスに送られ得る。塩素化補助凝固プロセスは、下流の膜脱塩プロセスまたは他の膜分離システムで分離膜の汚れを低減または防止するために、生成水から油および有機物を十分に除去し得る。

いくつかの実施形態では、処理された生成水１５２は、地下層内に再注入され得る。例えば、処理された生成水１５２は、地下層内に再注入されて、生産中の地層内の静水圧を維持し得る。他の例では、処理された生成水１５２は、地層内に再注入されて、石油、ガス、またはその両方を生産井に向かって押し出し得る。いくつかの実施形態では、処理された生成水１５２は、例えば、掘削泥水またはスペーサ流体などの様々な掘削流体を生成するために再利用され得る。処理された生成水１５２の他の用途も考えられる。

いくつかの実施形態では、処理された生成水１５２から分離された不溶性固体粒子１５４は、不溶性固体粒子１５４からの油の回収のための下流の処理工程に送られ得る。代替的に、いくつかの実施形態では、生成水１０２からの油回収は、電気塩素化容器１１０内で、または生成水１０２を電気塩素化容器１１０に導入する前に実施されて、組成物または油性鉄（ＩＩＩ）フロックを防止し、かつ油性鉄（ＩＩＩ）フロックの下流処理の必要性を排除し得る。

本明細書に説明される塩素化補助凝固プロセスは、石油生産プラントでの生成水／原油の分離、精油所での水の脱油、プロセス産業でのプロセス水からの有機汚染物質の除去、膜濾過または脱塩の前の給水を前処理、サンドビチューメン生産に使用される水の処理、環境、海洋および陸上での処分のための生成水の処理および浄化、ならびに水圧破砕技術を使用するシェールオイルおよびシェールガス生産に使用される生産水の処理および浄化での利用可能性を見出し得る。

図４を参照すると、塩素化補助凝固システム１００は、電気塩素化ゾーン１１１および凝固ゾーン１３１を含み得る。いくつかの実施形態では、凝固ゾーン１３１は、電気塩素化ゾーン１１１の下流に位置付けられ得る。いくつかの実施形態では、電気塩素化ゾーンは、電気塩素化容器１１０内に配置され得、凝固ゾーン１３１は、電気塩素化容器１１０の下流に位置付けられた凝固容器１３０内に配置され得る。いくつかの実施形態では、電気塩素化容器１１０、凝固容器１３０、またはその両方は、１００ｋＰａ〜１，０００ｋＰａの圧力で操作することができる圧力容器であり得る。図４に示されるように、いくつかの実施形態では、生成水１０２の全てが、電気塩素化ゾーン１１１に導入されて電気塩素化を受け得る。電気塩素化ゾーン１１１は、電気塩素化ゾーン１１１内の生成水１０２に電流を通すための電源１１２に電気的に連結され得る、アノード１１６およびカソード１１４などの電極１７４を含み得る。図４に示されるように、補足的な鉄（ＩＩ）化合物１３４が、電気塩素化ゾーン１１１または凝固ゾーン１３１内の生成水１０２に任意選択的に導入され得る。凝集剤組成物１３６はまた、凝固ゾーン１３１内の塩素化された生成水１１８に任意選択的に導入され得る。

図４の塩素化補助凝固システム１００を使用する塩素化補助凝固プロセスの操作では、生成水１０２または他の水溶液は、電気塩素化ゾーン１１１に導入され得る。本開示において先で考察されるように、生成水１０２は、少なくとも水、塩化物イオン、鉄（ＩＩ）イオン、および、例えば、油または溶解炭化水素などの１つ以上の有機化合物を含み得る。生成水１０２中の塩化物イオンの少なくとも一部分は、電気塩素化ゾーン１１１内の生成水１０２に電流を通すことによって、電気塩素化ゾーン１１１内で次亜塩素酸塩または次亜塩素酸に変換され得る。電流は、電極１７４間で生成水１０２に通され得る。塩素化された生成水１１８は、電気塩素化ゾーン１１１から凝固ゾーン１３１に送られ得る。塩素化された生成水１１８中の鉄（ＩＩ）種の少なくとも一部分は、次亜塩素酸または次亜塩素酸塩によって酸化されて、鉄（ＩＩＩ）種を生成し得る。鉄（ＩＩＩ）への鉄（ＩＩ）の酸化は、電気塩素化ゾーン１１１、凝固ゾーン１３１、もしくはその両方で起こり得るか、または電気塩素化ゾーン１１１から凝固ゾーン１３１への塩素化された生成水１１８の通過中に少なくとも部分的に起こり得る。有機化合物の少なくとも一部分は、凝固ゾーン１３１内の鉄（ＩＩＩ）種と凝固されて、生成水中に複数の不溶性固体粒子を含む凝固された生成水１３２を生成し得る。

不溶性固形分は、生成水から分離され得る不溶性固体粒子１５４に凝集され得る。いくつかの実施形態では、不溶性固形分は、凝固ゾーン１３１内の凝固された生成水１３２への消費可能な凝集剤組成物１３６の導入を介して不溶性固体粒子１５４に凝集され得る。代替的に、不溶性固形分は、生成水１０２中に存在するＰＥＯまたは他の水溶性ポリマーとの接触を介して不溶性固体粒子１５４に凝集され得る。凝固された生成水１３２は、不溶性固体粒子１５４が凝固された生成水１３２から分離されて、処理された生成水１５２を生成する、分離システム１０８に送られ得る。

図５を参照すると、いくつかの実施形態では、塩素化補助凝固システム１００は、電気塩素化ゾーン１１１、電気塩素化ゾーン１１１の下流の凝固ゾーン１３１、電気塩素化供給流１２２、およびバイパス１２４を含み得る。電気塩素化供給流１２２は、生成水１０２の第１の部分を電気塩素化ゾーン１１１に導入するように位置付けられ得る。バイパス１２４は、電気塩素化供給流１２２および凝固ゾーン１３１に流体的に連結され得る。バイパス１２４は、電気塩素化ゾーン１１１を通過せずに、生成水１０２の第２の部分を凝固ゾーン１３１に直接送るように位置付けられ得る。生成水１０２の第２の部分は、電気塩素化ゾーン１１１に導入されない生成水１０２の残部であり得る。電気塩素化供給流１２２は、制御弁１６６Ａを含み得、バイパス１２４は、電気塩素化ゾーン１１１に導入される生成水１０２の部分と電気塩素化ゾーン１１１を通過せずに凝固ゾーン１３１に送られる生成水１０２の残部との比率を制御する制御弁１６６Ｂを含み得る。電気塩素化ゾーン１１１に導入される生成水１０２の量は、電気塩素化ゾーン１１１内で生成された強酸化剤（次亜塩素酸または次亜塩素酸塩）の量を制御するために制御され得る。

図５を参照すると、操作中、生成水１０２は、電気塩素化供給流１２２とバイパス１２４とに分離され得る。生成水１０２を含む電気塩素化供給流１２２は、電気塩素化ゾーン１１１に導入され得、バイパス１２４は、電気塩素化ゾーン１１１を通過せずに凝固ゾーン１３１に直接導入され得る。生成水１０２を電気塩素化供給流１２２とバイパス１２４とに分離することは、生成水１０２の一部分のみを電気塩素化工程の対象とすることによって塩素化補助凝固システム１００の容量を増加させ得る。加えて、生成水１０２の一部分のみを電気塩素化容器１１０に送ることはまた、生成水の全てが電気塩素化の対象となる塩素化補助凝固システムの実施形態と比較して、図５の塩素化補助凝固システム１００の電力消費を大幅に低減し得る。

電気塩素化ゾーン１１１では、電気塩素化供給流１２２の生成水１０２の第１の部分中の塩化物イオンの少なくとも一部分は、電気塩素化ゾーン１１１内の生成水１０２に電流を通すことによって強酸化剤（ｐＨに応じて次亜塩素酸または次亜塩素酸塩）に変換され得る。塩素化された生成水１１８は、電気塩素化ゾーン１１１から凝固ゾーン１３１に送られ得、塩素化された生成水１１８は、バイパス１２４を介して凝固ゾーン１３１に直接導入された生成水１０２と混合される。塩素化された生成水１１８からの強酸化剤は、生成水１０２および塩素化された生成水１１８中の固有の鉄（ＩＩ）種を酸化して、鉄（ＩＩＩ）種を形成し得る。生成水１０２の有機および無機成分は、凝固ゾーン１３１内で鉄（ＩＩＩ）種と凝固され得、凝固ゾーン１３１内で固体として水相から沈殿され得る。

いくつかの実施形態では、補足的な鉄（ＩＩ）化合物が、電気塩素化ゾーン１１１または凝固ゾーン１３１に導入され得る。加えて、いくつかの実施形態では、凝集剤組成物１３６が、凝固された生成水１３２中の不溶性固体粒子（フロック）のサイズを増大させるために凝固ゾーン１３１に添加され得、これは、不溶性固体粒子の沈降速度を上昇させ得る。凝固された生成水１３２は、不溶性固体粒子１５４を凝固された生成水１３２から分離して、処理された生成水１５２を生成するための分離システム１０８に送られ得る。

バイパス１２４によって、生成水１０２の一部分のみが電気塩素化ゾーン１１１を通過する。生成水１０２の残部は、バイパス１２４を通って直接、凝固ゾーン１３１に送られ得る。先で考察されるように、電気塩素化ゾーン１１１を通過する生成水１０２の量を減少させることは、電気塩素化ゾーン１１１の電力需要を減少させ得る。これは、生成水の全てが電気塩素化ゾーン１１１に導入される実施形態と比較して、塩素化補助凝固システム１００およびプロセスの操作コストを低下させ得る。さらに、電気塩素化供給流１２２およびバイパス１２４上で制御弁１６６Ａ、１６６Ｂを使用することによって、電気塩素化中に生成される強酸化剤の量もまた、制御され得る。制御弁１６６Ａ、１６６Ｂは、電気塩素化ゾーン１１１内または電気塩素化ゾーン１１１の下流に位置付けられた特性センサ１６４からのフィードバックに基づいて制御され得る。これは、生成される強酸化剤の量が、塩素化補助凝固システム１００に導入された生成水１０２の組成の変化に応答して、さらに調整されることを可能にし得る。

図５に示されるように、センサ１６４、制御弁１６６Ａ、および制御弁１６６Ｂは、コントローラ１６２に通信可能に連結され得る。電源１１２もまた、コントローラ１６２が、電圧および／または電気塩素化ゾーン１１１内の水性組成物に通される電流の電流密度を制御するように操作可能であり得るように、コントローラ１６２に通信可能に連結され得る。コントローラ１６２は、プロセッサおよびメモリモジュールを含み得る。メモリモジュール上に記憶された機械命令は、プロセッサによって実行されたとき、コントローラ１６２に、センサ１６４を使用して水性組成物の特性を測定させ、測定された水性組成物の特性に基づいて電源１１２または制御弁１６６Ａ、１６６Ｂを制御させ得る。例えば、塩素化補助凝固プロセス１００の操作は、水性組成物または処理された水性組成物の性質を測定することと、測定された特性に応答して、水性組成物を通る電流の電圧または電流密度を制御することと、を含み得る。いくつかの実施形態では、特性は、水性組成物または処理された水性組成物の酸化還元電位を含み得る。他の実施形態では、塩素化補助凝固プロセス１００の操作は、水溶液の第１の部分、水性組成物の第２の部分、または処理された水性組成物の特性を測定することと、測定された特性に基づいて水性組成物の第２の部分に対する第１の部分の比率を調整することと、を含み得る。

ここで図６を参照すると、いくつかの実施形態では、塩素化補助凝固システム６００は、単一処理容器１４０と、任意選択的に、処理容器１４０の下流の分離システム１０８と、を含み得る。これらの実施形態では、電気塩素化ゾーン１１１および凝固ゾーン１３１は、同一の単一処理容器１４０内に共存し得、その結果、電気塩素化プロセス、凝固プロセス、および凝集プロセスは、全て同一体積内で同時に起こり得る。単一処理容器１４０は、アノード１１６およびカソード１１４などの電極１７４を含み得、その両方が、処理容器１４０に導入された生成水１０２に電流を通すための電源１１２に電気的に連結され得る。いくつかの実施形態では、単一処理容器１４０は、１００ｋＰａ〜１，０００ｋＰａの圧力で操作することができる圧力容器であり得る。

図６を参照すると、塩素化補助凝固システム６００を使用する塩素化補助凝固プロセスの操作では、生成水１０２は、単一処理容器１４０に導入され得、電気塩素化ゾーン１１１および凝固ゾーン１３１が、処理容器１４０内に共存している。生成水１０２中の塩化物イオンは、処理容器１４０内の生成水１０２に電流を通すことによって、強酸化剤に変換され得る。同時に、処理容器１４０内の生成水１０２中の固有の鉄（ＩＩ）種は、強酸化剤による鉄（ＩＩ）種の酸化を介して鉄（ＩＩＩ）種に変換され得る。有機および無機汚染物質は、鉄（ＩＩＩ）種によって凝固されて、複数の不溶性固体粒子を形成し得る。いくつかの実施形態では、生成水１０２中の固有の鉄（ＩＩ）が有機および無機汚染物質の全てを凝固させるために不十分であり得る状況で、補足的な鉄（ＩＩ）化合物１３４が、処理容器１４０に導入され得る。いくつかの実施形態では、凝集剤組成物１３６が、処理容器１４０に導入されて、不溶性固体粒子をより大きい不溶性固体粒子に凝集させ得る。凝固された生成水１３２は、次いで、不溶性固体粒子１５４を凝固された生成水１３２から分離して、処理された生成水１５２を生成するために、分離システム１０８に送られ得る。

図６に図示されるように単一処理容器１４０内で塩素化補助凝固プロセスを実施することによって生成水１０２を処理することは、まず、プロセスを実施するために用いられる処理容器の数を減らすことによって、複数の容器の実施形態と比較して、塩素化補助凝固システム６００の資本コストを低下させ得る。加えて、単一処理容器１４０内で塩素化補助凝固プロセスによって生成水１０２を処理することは、カソード１１４で生成された水素ガスが、凝固された生成水１３２から不溶性固体粒子を分離するための浮選分離プロセスに使用されることを可能にし得る。しかしながら、凝集剤組成物１３６が単一処理容器１４０に導入されるとき、凝集剤組成物は、電気塩素化によって生成された強酸化剤と副反応で反応する場合がある。強酸化剤との凝集剤の副反応は、凝集剤を劣化させ、不溶性固体粒子を凝集させて平均サイズを増大させ、沈降速度を上昇させる、それらの有効性を低下させ得る。

図１および４〜６に図示される塩素化補助凝固システム１００、６００は、連続的に、半連続的に、またはバッチ式で操作され得る。例えば、連続操作では、生成水１０２は、塩素化補助凝固システム１００、６００に連続的に導入され得る。代替的に、塩素化補助凝固システム１００、６００は、離散量の生成水１０２が塩素化補助凝固システム１００、６００に導入され、後続する離散量の生成水１０２が塩素化補助凝固システム１００、６００に導入される前に、電気塩素化、凝固、凝集および分離されるバッチ方式で操作されてもよい。

塩素化補助凝固プロセスの追加の実施形態がここで説明される。塩素化補助凝固プロセスのいくつかの実施形態では、生成水などの水性組成物を処理するためのプロセスは、嫌気性条件下で水性組成物の少なくとも一部分に電流を通すことによって、水性組成物中の塩化物イオンの少なくとも一部分を次亜塩素酸イオンまたは次亜塩素酸に変換することを含み得る。水性組成物は、塩化物イオン、鉄（ＩＩ）化合物、および１つ以上の有機化合物を含み得る。プロセスは、水性組成物の鉄（ＩＩ）化合物の少なくとも一部分を次亜塩素酸塩または次亜塩素酸と反応させて、鉄（ＩＩＩ）イオンを生成することと、１つ以上の有機化合物を鉄（ＩＩＩ）イオンと凝固させて、処理された水性組成物中に複数の不溶性固体粒子を生成することと、をさらに含み得る。

塩素化補助凝固プロセスのいくつかの実施形態では、水性組成物は、生成水を含み得る。いくつかの実施形態では、水性組成物のｐＨは、２．５〜８．５であり得る。代替的に、他の実施形態では、プロセスは、１０．５〜１２．５のｐＨなどの酸性ｐＨ条件下で実施されてもよい。いくつかの実施形態では、電流は、非犠牲電極間に電流を通すことによって水性組成物に通され得る。いくつかの実施形態では、プロセスは、非犠牲電極の極性を交番させることをさらに含み得る。非犠牲電極の極性は、波形発生器を備える電極極性オルタネータによって交番される。いくつかの実施形態では、プロセスは、非犠牲電極を水性組成物に対して回転させることをさらに含み得る。非犠牲電極は、電極回転システムによって回転され得る。電極回転システムは、非犠牲電極の各々に連結されたシャフトと、シャフトに操作可能に連結された駆動装置と、を含み得、駆動装置が、シャフトおよび非犠牲電極を水性組成物に対して回転させるように操作可能である。

いくつかの実施形態では、プロセスは、水性組成物に補足的な鉄（ＩＩ）化合物を導入することを任意選択的に含み得る。また他の実施形態では、プロセスは、水性組成物に凝集剤を導入することによって複数の不溶性固体粒子を凝集させることを含み得る。いくつかの実施形態では、プロセスは、処理された水性組成物から複数の不溶性固体粒子を分離することをさらに含み得る。

いくつかの実施形態では、水性組成物の全てが、電流を通され得る。代替的に、他の実施形態では、プロセスは、水性組成物を第１の部分と第２の部分とに分離することと、嫌気性条件下で水性組成物の第１の部分に電流を通すことによって、水性組成物の第１の部分中の塩化物イオンの少なくとも一部分を次亜塩素酸塩または次亜塩素酸に変換することと、第１の部分中の塩化物イオンを次亜塩素酸塩または次亜塩素酸に変換した後に、水性組成物の第１の部分を水性組成物の第２の部分と組み合わせることと、をさらに含み得る。

塩素化補助凝固プロセスの他の実施形態では、水性組成物から有機および無機化合物を除去するプロセスは、水性組成物の第１の部分を電気塩素化ゾーンに導入することを含み得る。水性組成物は、少なくとも、塩化物イオン、鉄（ＩＩ）化合物、および１つ以上の有機化合物を含み得る。プロセスは、電気塩素化ゾーン内で、嫌気性条件下で水性組成物の第１の部分に電流を通すことによって、水性組成物の第１の部分中の塩化物イオンの少なくとも一部分を次亜塩素酸塩または次亜塩素酸に変換することをさらに含み得る。プロセスは、凝固ゾーン内で水性組成物の第１の部分を水性組成物の第２の部分と組み合わせることを含み得る。凝固ゾーンは、電気塩素化ゾーンの下流であり得、水性組成物の第２の部分は、電気塩素化ゾーンをバイパスし得る。

いくつかの実施形態では、プロセスは、水性組成物の鉄（ＩＩ）化合物の少なくとも一部分を、電気塩素化ゾーンまたは凝固ゾーン内の次亜塩素酸塩または次亜塩素酸を用いて酸化させて、鉄（ＩＩＩ）イオンを生成することと、１つ以上の有機化合物を凝固ゾーン内の鉄（ＩＩＩ）イオンと凝固させて、処理された水性組成物中に複数の不溶性固体粒子を生成することと、をさらに含み得る。いくつかの実施形態では、プロセスは、凝固ゾーン内で複数の不溶性固体粒子を凝集させることをさらに含み得る。いくつかの実施形態では、複数の不溶性固体粒子を凝集させることは、凝集剤組成物を凝固ゾーンに導入することを含み得る。いくつかの実施形態では、プロセスは、処理された水性組成物から不溶性固体粒子を分離することをさらに含み得る。

いくつかの実施形態では、凝固ゾーンおよび電気塩素化ゾーンは、単一処理容器内に配置され得る。いくつかの実施形態では、水性組成物は、生成水を含み得る。いくつかの実施形態では、電流は、電気塩素化ゾーン内に配置された非犠牲電極間に電流を流すことによって、水性組成物の少なくとも一部分に通され得る。

塩素化補助凝固プロセスはまた、高濃度の硫化水素ガス（Ｈ_２Ｓ）を有するサワー生成水または他の水性組成物からＨ_２Ｓを除去する追加の利点を提供し得る。酸性条件下では、電気塩素化工程で形成された次亜塩素酸が、硫化水素（Ｈ_２Ｓ）および二硫化物（ＨＳ⁻）と反応して、続いて提供される反応１１および１２（ＲＸＮ１１およびＲＸＮ１２）に従って、元素硫黄、水、および塩化物イオンを生成する。塩基性条件下では、電気塩素化工程で生成された次亜塩素酸塩が、二硫化物（ＨＳ⁻）と反応して、続いて提供される反応１３（ＲＸＮ１３）に従って、元素硫黄、水酸化物イオン、および塩化物イオンを生成する。元素硫黄は、凝固中にカチオンと共沈し、生成水から除去され得る。
酸性条件下でのＨ_２ＳおよびＨＳ⁻との次亜塩素酸の反応

塩基性条件下での二硫化物との次亜塩素酸塩の反応

追加の硫化水素は、硫化鉄（ＩＩ）の溶解／可溶化を介して塩素化補助凝固プロセスで生成水から除去され得る。硫化鉄（ＩＩ）は、水に不溶であり、４．１６×１０^−１７に等しい平衡定数Ｋを有する。硫化鉄（ＩＩ）は、それゆえに、生成水からの硫化水素分子によって溶解または可溶化されなければならない。硫化水素による硫化鉄（ＩＩ）の溶解／可溶化は、続いて提供される反応１４（ＲＸＮ１４）に例示される。水硫化物は、二硫化鉄（ＩＩ）分子の柔らかい中心であり、酸化反応は、硫黄に対して即座にかつ自発的に起こり、二硫化鉄（ＩＩ）を与える。二硫化鉄（ＩＩ）の酸化は、続いて提供される反応１５（ＲＸＮ１５）に例示される。
硫化水素による硫化鉄（ＩＩ）の溶解

二硫化鉄（ＩＩ）の酸化

塩化鉄（ＩＩ）または酢酸鉄（ＩＩ）などの追加の鉄（ＩＩ）種がプロセス中に添加されて鉄（ＩＩ）濃度を増加させるいくつかの実施形態では、硫化水素ガスは、硫化鉄（ＩＩ）を生成するＸ配位子交換反応と、それに続く、黄鉄鉱としても公知の二硫化鉄（ＩＩ）を生成する、次亜塩素酸との硫化鉄（ＩＩ）の酸化と、を含む、一連の副反応によって塩素化補助凝固プロセスで生成物から除去され得る。二硫化鉄（ＩＩ）は、電気塩素化プロセス、凝固プロセス、またはその両方の間に、生成水１０２から沈殿し得る不溶性固形分である。本開示で続いて提供される反応１６（ＲＸＮ１６）は、鉄（ＩＩ）化合物を硫化鉄（ＩＩ）に変換するＸ配位子交換反応を示し、本開示で続いて提供される反応１７（ＲＸＮ１７）は、二硫化鉄（ＩＩ）への鉄（ＩＩ）の変換を示す。
Ｘ配位子交換反応

二硫化鉄（ＩＩ）への硫化鉄（ＩＩ）の酸化

発生した二硫化鉄（ＩＩ）（黄鉄鉱）ならびに非晶質ＦｅＳ、マキナワイト、および磁硫鉄鉱などの硫化鉄（ＩＩ）は、浮選プロセスによってスラリーの形態で除去され得る。上述のように、嫌気性条件下では、電気塩素化プロセス内の電極で生成された水素のマイクロバブルは、誘導ガス浮選（ＩＧＦ）プロセスで使用され得る。それゆえに、この説明されたプロセスはまた、金属硫化物浮選技術および有機化合物を介して、水から硫黄種を除去するためにも使用され得る。

従来の電気塩素化または凝固プロセスなどの好気性条件下では、硫化水素および／または硫化鉄は、酸素と反応して本開示に続いて提供される反応１８（ＲＸＮ１８）に従って硫黄元素を最初に生成する。
元素硫黄への硫化鉄（ＩＩ）の好気性酸化

過剰酸素の存在下では、元素硫黄は、副反応で反応し続けて、水溶液のｐＨおよび反応条件に応じて、二酸化硫黄、亜硫酸塩、亜硫酸、硫酸塩、重硫酸塩、硫酸、またはこれらの組み合わせなどの様々な硫黄化合物（ＳＯ_ｘ）を生成し得る。十分な酸素を用いると、中間硫黄種の各々は、反応し続けて、ｐＨに応じて、硫酸塩、重硫酸塩、硫酸、またはこれらの組み合わせを生成し得る。

ここで、先で考察される塩素化補助凝固システムおよびプロセスが、複数の潜在的な利益を提供することを理解されたい。塩素化補助凝固プロセスの利点は、プロセスが、いくつかの実施形態では、永久的な非犠牲電極の使用を行い得るため、市販の電気凝固技術のような消耗電極交換の必要性がないことを含み得る。同様に、塩素化補助凝固プロセスは、ポリマーベースの吸着剤充填ベッド技術およびクルミ殻濾過技術などの、化学処理および合一化ビーズ代替例と比較して、周期的な消耗品の補給を必要としない場合がある。塩素化補助凝固プロセスは、オンサイトでの有毒および／または不安定な薬品の補間を必要としない。塩素化補助凝固プロセスは、生成水中の油含有量を減少させる、石油生産施設で使用される従来の重力ベースの分離装置（ＷＯＳＥＰ）と比較して、よりコンパクトであり得、減少した空間的設置面積を提供し得る。塩素化補助凝固プロセスは、塩素化補助凝固プロセスが加圧容器を利用する無酸素環境で機能するように設計されているため、既存の油水処理プロセスと比較して、石油およびガス産業施設内のプロセスとインラインで容易に統合され得る。さらに、塩素化補助凝固プロセスは、機械的フィルタまたは任意の膜ベース技術と比較して、操作サイクル内で洗浄シーケンスを必要とせずに、連続的または半連続的に操作され得る。プロセスは、限られた保守を必要とし、それゆえに、ＩＧＦ、ＤＧＦまたは他の浮選技術などの浮選技術と比較して最小限の休止時間を必要とし得る。塩素化補助凝固プロセスは、大量の生成水の処理を可能にし得、したがって、液体サイクロン、浮選、濾過、または重力分離などの競合技術よりも潜在的により少ない資本的支出を有し得る。塩素化補助凝固プロセスはまた、石油生産および精製産業でのいくつかの用途のための水処理プロセス全体での脱酸素剤添加の追加工程を必要とせずに、無酸素浄化水を供給し得る。塩素化補助凝固プロセスは、水性組成物または流れの中の無機または有機成分の組成または濃度によって限定され得ない。さらに、塩素化補助凝固プロセスは、膜ベースの技術および熱蒸留などと比較して、Ｈ_２Ｓを洗浄するか、または油滴を除去するための前処理の必要性を低減または排除し得る。塩素化補助凝固プロセスは、吸着粒子層またはクルミ殻濾過技術と比較して、ユニットの汚れまたはスケール形成を低減または防止し得る。塩素化補助凝固プロセスは、経時的に一定の操作性能をもたらし得、犠牲電極に基づく市販の電気凝固技術で経時的に変化する電極のサイズおよび形状に起因する性能の低下をもたらさないであろう。塩素化補助凝固プロセスはまた、他の利点の中でも、犠牲電極に基づく市販の電気凝固技術と比較してより低い操作コスト、および液体サイクロン、浮選、吸着または濾過技術よりも潜在的により低い操作コストを有し得る。

塩素化補助凝固プロセスの実行可能性を実証するために実験を実施した。塩素化補助凝固プロセスのバッチ実験を、図７に例示される実験室装置７００を使用して実施した。図７に示されるように、実験装置は、１リットルビーカー７０２、スターラバー７０４、磁気スターラ７０６、および電源７０８を含んでいた。電源７０８を、有線接続７１４によって電極７１０に電気的に連結した。電極７１０を、ビーカー７０２の頂部によって支持された電極支持体７１２によってビーカー７２０内に位置付けた。

対照例１：サワー生成水対照サンプル
生成水のサンプルを、サウジアラビアの第１の原油生産プラントから収集した。対照実施例１の生成水サンプルは、ガス流の５体積％〜２０体積％の硫化水素含有量を示し、したがって、本明細書では「サワー生成水」と称されることになる。さらなる実験前に、サワー生成水を、ｐＨ、導電率（ミリシーメンス／センチメートル（ｍＳ／ｃｍ））、比重、総溶解固形分（ＴＤＳ）（ｍｇ／Ｌ）、総浮遊物質量（ＴＳＳ）（ｍｇ／Ｌ）、および全蒸発残留物（ｍｇ／Ｌ）について分析した。加えて、生成水サンプルを、金属濃度（ｍｇ／Ｌ）、アニオン濃度（ｍｇ／Ｌ）、およびフェノール濃度（重量百万分率（ｐｐｍｗ）について分析した。

ｐＨを、ｐＨ計を使用して測定し、比重を、密度計を使用して測定した。ＴＳＳを、０．４５マイクロメートルのフィルタを使用してサンプルの体積を濾過し、次いで、フィルタを乾燥させることによって判定した。ＴＳＳ値は、１リットルのサンプル中のＴＳＳの乾燥重量として提供される。ＴＤＳもまた乾燥量基準で判定した。全蒸発残留物値は、ＴＳＳおよびＴＤＳの合計として提供される。百万分率範囲の金属カチオンの濃度を、誘導結合プラズマ質量分析（ＩＣＰ−ＭＳ）を使用して測定した。十億分率の範囲の濃度のカチオンについて、濃度を、誘導結合プラズマ発光分光分析（ＩＣＰ−ＡＥＳ）を使用して測定した。アニオンの濃度を、イオンクロマトグラフィー（ＩＣ）を使用して判定した。重炭酸、炭酸、および水酸化物イオンの濃度を、酸塩基滴定を使用して判定した。フェノール濃度を、ＵＶ検出器を使用して高速液体クロマトグラフィー（ＨＰＬＣ）によって測定した。対照例１の生成水についての試験方法および分析データは、本開示で続いて提供される表１に提供される。

実施例２：塩素化補助凝固プロセスを使用するサワー生成水の処理
１リットルの量の対照例１のサワー生成水を、メスシリンダーで計量し、図７の実験装置７００のビーカー７０２に添加した。電極７１０を、ビーカー７０２内のサワー生成水に少なくとも部分的に浸水させた。サワー生成水は、処理前には、透明な緑色の溶液であるように見えた。サワー生成水に、０．８２アンペアの電流および２．９Ｖの電圧を２分間通した。処理後、サワー生成水は、黒色懸濁液に変化した。懸濁液を、グラスウールで濾過して、固形分を除去し、実施例２の処理された水を生成した。実施例２の処理された水を、対照例１で上記された特性について分析し、結果は、本開示で続いて提供される表１に報告される。

比較例３：市販酸化剤によるサワー生成水の処理
１リットルの量の対照例１のサワー生成水を、メスシリンダーで計量し、図７の実験装置７００のビーカー７０２に添加し、市販酸化剤である、０．５０３０グラムの次亜塩素酸カルシウム（Ｃａ（ＯＣｌ）_２）をサワー生成水に添加した。生成水およびＣａ（ＯＣｌ）_２の水溶液を、次いで、４００回転／分（ｒｐｍ）で１分間撹拌した。結果として得られた懸濁液を、グラスウールで濾過して、固形分を除去し、比較例３の処理された水を生成した。比較例３の処理された水を、対照例１で上記された特性について分析し、結果は、本開示で続いて提供される表１に報告される。
実施例４：比較例３の市販酸化剤との実施例２の塩素化補助凝固プロセスの比較。
本開示で続いて提供される表１は、対照例１、実施例２、および比較例３についての分析データを含む。

表１のデータによって示されるように、実施例２の塩素化補助凝固プロセスは、対照例１の生成水中のフェノールの量と比較して、実施例２の生成水中からのフェノール化合物の除去を結果としてもたらした。実施例２の塩素化補助凝固プロセスの結果は、電極によって電流を印加せずに市販酸化剤を添加することによってもたらされた、比較例３の処理された水についての結果と同等であった。これは、実施例２の塩素化補助凝固プロセスが、比較例３などの、従来の市販酸化剤を使用するプロセスと同等の処理性能を提供し得ることを実証する。しかしながら、実施例２の塩素化補助凝固プロセスは、市販酸化剤を添加するのではなく、既に存在する塩化物イオンからオンサイトで酸化剤を生成することによってコストを節約し得る。また、塩素化補助凝固プロセスは、既に高イオン濃度を有する水性組成物へのさらなるイオン種の添加を必要としない。塩素化補助凝固プロセスはまた、大量の酸化剤を保管および取り扱う必要性を排除することによって、従来のプロセスよりも安全である。電流の制御は、水溶液への酸化剤の添加に頼る従来のプロセスと比較して、水性組成物中の酸化剤の量の改善された制御を可能にし得る。

実施例５：塩素化補助凝固プロセス中に補足的な鉄（ＩＩ）化合物を添加することの効果
実施例５では、１リットルの量の対照例１のサワー生成水を、メスシリンダーで計量し、図７の実験装置７００のビーカー７０２に添加した。電極７１０を、ビーカー７０２内のサワー生成水に少なくとも部分的に浸水させた。０．０５０２グラムの量のＦｅＳＯ_４を、サワー生成水に添加した。サワー生成水とＦｅＳＯ_４との混合物に、０．９８アンペアの電流および３．７Ｖの電圧を２分間通した。結果として得られた懸濁液を、グラスウールで濾過して、固形分を除去し、実施例５の処理された水を生成した。実施例５の処理された水を、対照例１において上に記載された特性について分析し、結果は、本開示で続いて提供される表２に報告される。

実施例６：塩素化補助凝固プロセス中に多量の補足的な鉄（ＩＩ）化合物を添加することの効果
実施例６では、１リットルの量の対照例１のサワー生成水を、メスシリンダーで計量し、図７の実験装置７００のビーカー７０２に添加した。電極７１０を、ビーカー７０２内のサワー生成水に少なくとも部分的に浸水させた。０．５０１０グラムの量の硫酸鉄（ＩＩ）（ＦｅＳＯ_４）を、サワー生成水に添加した。サワー生成水に添加した硫酸鉄（ＩＩ）の量は、実施例５と比較して実施例６で増加させた。実施例６のサワー生成水とＦｅＳＯ_４との混合物に、０．９６アンペアの電流および３．７Ｖの電圧を２分間通した。結果として得られた懸濁液を、グラスウールで濾過して、固形分を除去し、実施例６の処理された水を生成した。実施例６の処理された水を、対照例１において上に記載された特性について分析し、結果は、本開示で続いて提供される表２に報告される。

実施例７：比較例６の市販酸化剤、および補足的な鉄化合物を含まない実施例２との実施例５の比較。
本開示で続いて提供される表２は、対照例１、実施例５、および実施例６の分析データを含む。表２はまた、補足的な鉄化合物、ＦｅＳＯ_４の添加を含まない塩素化補助凝固プロセスを使用して処理された、実施例２の分析データも含む。

表２のデータによって示されるように、実施例５および６の塩素化補助凝固プロセスによって処理されたサワー生成水への補足的な鉄（ＩＩ）種、ＦｅＳＯ_４の添加は、補足的な鉄（ＩＩ）種を添加しない、実施例２の塩素化補助凝固プロセスによるサワー生成水の処理と比較して、他の化学化合物の除去にほとんどまたは全く影響がなかった。したがって、表２のデータは、塩素化補助凝固プロセスが、処理前または処理中に生成水に補足的な鉄（ＩＩ）種を導入せずに、生成水の十分な処理を提供し得ることを実証する。実施例５のサワー生成水への鉄（ＩＩ）種の添加が、実施例２と比較してサワー生成水中の鉄フロックの量を増加させることが観察された。しかしながら、実施例６で鉄（ＩＩ）濃度が５０１ｍｇ／Ｌまで増加したとき、２分の反応時間は、対照例１、実施例２および実施例５の１ｍｇ／Ｌ未満の濃度と比較して、実施例６の処理されたサワー生成水で測定された５ｍｇ／ｌの鉄の濃度によって示されるように、鉄（ＩＩ）の全部を鉄（ＩＩＩ）に変換するために十分ではなかった。

実施例８：塩素化補助凝固プロセス後に凝集剤組成物を添加することの効果
実施例８では、１リットルの量の対照例１のサワー生成水を、メスシリンダーで計量し、図７の実験装置７００のビーカー７０２に添加した。電極７１０を、ビーカー７０２内のサワー生成水に少なくとも部分的に浸水させた。サワー生成水に、０．９０アンペアの電流および３．７Ｖの電圧を２分間通した。電流の停止後、市販凝集剤である、０．５０３８グラムのキトサンを、結果として得られた懸濁液に添加し、キトサンと懸濁液との混合物を５分間、混合した。沈降速度が、キトサンの添加によって上昇したことが観察された。結果として得られた懸濁液を、グラスウールで濾過して、固形分を除去し、実施例８の処理された水を生成した。懸濁液へのキトサンの添加は、キトサンを含まない場合よりも懸濁液の濾過を容易にした。実施例８の処理された水を、対照例１において上に記載された特性について分析し、結果は、本開示で続いて提供される表３に報告される。表３はまた、比較のために対照例１および実施例２の分析データも含む。

表３の分析データは、生成水に電流を通した後の市販凝集剤の添加が、生成水からの特定のアニオン種の除去を改善し得ることを示す。例えば、電流による処理後に凝集剤が添加された実施例８の処理された水は、市販凝集剤の添加を含まない実施例２の処理された水と比較して、実質的に少量の重炭酸塩および少量のフッ化物および臭化物アニオンを含んだ。

対照例９：生成水対照サンプル
サワー生成水の第２のサンプルを、サウジアラビアの第１の原油生産プラントから入手した。さらなる実験前に、サワー生成水を、ｐＨ、導電率（ミリシーメンス／センチメートル（ｍＳ／ｃｍ））、比重、総溶解固形分（ＴＤＳ）（ｍｇ／Ｌ）、総浮遊物質量（ＴＳＳ）（ｍｇ／Ｌ）、および全蒸発残留物（ｍｇ／Ｌ）について分析した。加えて、生成水サンプルを、金属濃度（ｍｇ／Ｌ）、アニオン濃度（ｍｇ／Ｌ）、およびフェノール濃度（重量百万分率（ｐｐｍｗ）について分析した。対照例９の生成水の分析データは、本開示で続いて提供される表４に提供される。

実施例１０：酸性ｐＨ条件下での凝集剤添加を含む塩素化補助凝固プロセス。
実施例１０では、１リットルの量の対照例９のサワー生成水を、メスシリンダーで計量し、図７の実験装置７００のビーカー７０２に添加した。サワー生成水のｐＨは、６．２であった。ｐＨを調整せず、そのため、塩素化補助凝固プロセスによる処理を酸性条件下で実施した。電極７１０を、ビーカー７０２内のサワー生成水に少なくとも部分的に浸水させた。サワー生成水に、０．９５〜０．９６アンペアの電流および３．６〜３．７Ｖの電圧を６０分間通した。電流の停止後、市販凝集剤である、５．０１９８グラムのキトサンを、結果として得られた懸濁液に添加し、キトサンと懸濁液との混合物を１０分間、混合した。結果として得られた懸濁液を、グラスウールで濾過して、固形分を除去し、実施例１０の処理された水を生成した。実施例１０の処理された水を、対照例９において上に記載された特性について分析し、結果は、本開示で続いて提供される表４に報告される。

塩素化補助凝固プロセスに対する反応時間の影響を評価するために、実施例１０の反応時間を、実施例８の２分から６０分に延長した。しかしながら、実施例８の処理されたサワー生成水（上記の表３に提示された実施例８の結果を参照）と、実施例１０の処理されたサワー生成水（続いて表４に提供される実施例１０の結果を参照）との間に組成の有意差は、観察されなかった。実施例１０および実施例８の結果の比較は、塩化物の電気分解および鉄（ＩＩＩ）への鉄（ＩＩ）の酸化の逐次反応が、２分未満の反応時間による非常に速いものであることを示している。

実施例１０のキトサン凝集剤の量もまた、実施例８で使用された０．５０３８グラムのキトサン凝集剤と比較して、５．０１９８グラムまで増加した。処理されたサワー生成水に添加される凝集剤の量を増やしても、実施例８と比較して、実施例１０の処理されたサワー生成水中の沈降速度または無機成分の濃度が実質的に変化しないことが観察された。

実施例１１：塩基性ｐＨ条件下での凝集剤添加を含む塩素化補助凝固プロセス。
実施例１１では、１リットルの量の対照例９のサワー生成水を、メスシリンダーで計量し、図７の実験装置７００のビーカー７０２に添加した。サワー生成水のｐＨを、６．８７９１グラムの水酸化カリウムペレットの添加によって、ｐＨ８まで調整した。電極７１０を、ビーカー７０２内のサワー生成水に少なくとも部分的に浸水させた。サワー生成水に、０．９２アンペアの電流および３．８Ｖの電圧を６０分間通した。電流の停止後、市販凝集剤である、５．１３６７グラムのキトサンを、結果として得られた懸濁液に添加し、キトサンと懸濁液との混合物を１０分間、混合した。結果として得られた懸濁液を、グラスウールで濾過して、固形分を除去し、実施例１１の処理された水を生成した。実施例１１の処理された水を、対照例９において上に記載された特性について分析し、結果は、本開示で続いて提供される表４に報告される。

比較例１２：凝集剤のみによる生成水の処理
比較例１２では、１リットルの量の対照例９のサワー生成水を、メスシリンダーで計量し、図７の実験装置７００のビーカー７０２に添加した。サワー生成水のｐＨを、６．５８２４グラムの水酸化カリウムペレットの添加によって、ｐＨ８まで調整した。５．２８９８グラムの量のキトサンを、サワー生成水に添加し、生成水とキトサンとの混合物を１０分間、混合した。酸化剤は、比較例１２のサワー生成水に添加しなかった。混合物には、電流を通さなかった。結果として得られた懸濁液を、グラスウールで濾過して、固形分を除去し、比較例１２の処理された水を生成した。比較例１２の処理された水を、対照例９において上に記載された特性について分析し、結果は、本開示で続いて提供される表４に報告される。比較例１２の生成水のｐＨを上昇させることは、より多くのカチオンを、不溶性金属水酸化物として沈殿させ、および／または金属水酸化物と共沈させた。例えば、セレン酸塩が水酸化鉄（ＩＩＩ）と共沈したことが観察された。
実施例１３：凝集剤添加による塩素化補助凝固プロセスに対するｐＨ条件の影響を評価する、実施例１０、実施例１１、および比較例１２の比較
本開示で続いて提供される表４は、比較例９、実施例１０、実施例１１、および比較例１２についての分析データを含む。

表４に示されるように、実施例１０のように、酸性条件下で塩素化補助凝固プロセスを実施することは、対照例９の生成水と比較して、生成水からの特定の金属、特に、カルシウム、マグネシウム、ナトリウム、セレン、亜鉛およびストロンチウムの減少を結果としてもたらした。酸性条件はまた、対照例９と比較して、実施例１０の処理された水中のフッ化物、臭化物、塩化物、硫酸塩および重炭酸塩アニオンなどのアニオンの減少も結果としてもたらした。実施例１１のように、塩基性条件下で塩素化補助凝固プロセスを実施することは、対照例９の生成水と比較して、カルシウム、マグネシウム、ナトリウム、セレン、亜鉛およびストロンチウムの金属、ならびに生成水からのフッ化物、臭化物、塩化物、硫酸塩および重炭酸塩のアニオンの同様の減少を呈した。しかしながら、実施例１１の塩基性条件下で達成されたカルシウム、マグネシウム、ストロンチウム、フッ化物アニオン、臭化物アニオン、硫酸アニオン、および重炭酸イオンの減少の大きさは、実施例１０の酸性条件下で達成された減少より実質的に大きかった。

水酸化物および炭酸イオンの濃度は、実施例１０（ｐＨ６．２）と比較して、実施例１１でｐＨを８まで上昇させることによって上昇されるが、カルシウム、マグネシウム、ストロンチウム、フッ化物、臭化物および硫酸イオンの濃度は、実施例１０と比較して、金属水酸化物の沈殿および共沈によって実施例１１で大幅に低下した。さらに、フェノールなどの有機物質の濃度は、塩基性条件下で塩素化補助凝固プロセスを適用することによって著しく低下した（実施例１１）。

対照例１４：スウィート生成水対照サンプル
生成水のサンプルを、サウジアラビアの第２の原油生産プラントから収集した。対照例１４の生成水サンプルは、ガス流の５体積％未満の低硫化水素含有量を呈し、したがって、本明細書では「スウィート生成水」と称されることになる。さらなる実験前に、スウィート生成水を、ｐＨ、導電率（ミリシーメンス／センチメートル（ｍＳ／ｃｍ））、比重、総溶解固形分（ＴＤＳ）（ｍｇ／Ｌ）、総浮遊物質量（ＴＳＳ）（ｍｇ／Ｌ）、および全蒸発残留物（ｍｇ／Ｌ）について分析した。加えて、スウィート生成水サンプルを、金属濃度（ｍｇ／Ｌ）、アニオン濃度（ｍｇ／Ｌ）、およびフェノール濃度（重量百万分率（ｐｐｍｗ）について分析した。対照例１４のスウィート生成水の分析データは、本開示で続いて提供される表５に提供される。

実施例１５：塩素化補助凝固プロセスによるスウィート生成水の処理
実施例１５では、対照例１４の１リットルの量のスウィート生成水を、メスシリンダーで計量し、図７の実験装置７００のビーカー７０２に添加した。電極７１０を、ビーカー７０２内のスウィート生成水に少なくとも部分的に浸水させた。スウィート生成水は、処理前には、透明でわずかに薄緑色の溶液であるように見えた。スウィート生成水に、０．９６アンペアの電流および３．４Ｖの電圧を２分間通した。処理期間の終わりまでに、スウィート生成水は、濁った薄茶色の懸濁液に変化した。懸濁液を、グラスウールで濾過して、固形分を除去し、実施例１５の処理された水を生成した。実施例１５の処理された水を、対照例１４において上に記載された特性について分析し、結果は、本開示で続いて提供される表５に報告される。

比較例１６：市販酸化剤によるスウィート生成水の処理
比較例１６について、１リットルの量の対照例１４のスウィート生成水を、メスシリンダーで計量し、図７の実験装置７００のビーカー７０２に添加し、市販酸化剤である、０．５１９６グラムの次亜塩素酸カルシウム（Ｃａ（ＯＣｌ）_２）をスウィート生成水に添加した。生成水およびＣａ（ＯＣｌ）_２の水溶液を、次いで、４００回転／分（ｒｐｍ）で１分間撹拌した。結果として得られた懸濁液を、グラスウールで濾過して、固形分を除去し、比較例１６の処理された水を生成した。比較例１６の処理された水を、対照例１４で上記された特性について分析し、結果は、本開示で続いて提供される表５に報告される。
実施例１７：比較例１６の市販酸化剤との実施例１５の塩素化補助凝固プロセスの比較。
本開示で続いて提供される表５は、対照例１４、実施例１５、および比較例１６についての分析データを含む。

表５のデータによって示されるように、実施例１５の塩素化補助凝固プロセスは、実施例１４の生成水からのフェノール化合物の除去を結果としてもたらした。実施例１５の塩素化補助凝固プロセスの結果は、電極によって電流を印加せずに市販酸化剤を添加することによってもたらされた、比較例１６の処理された水についての結果と同等であった。これは、実施例１５の塩素化補助凝固プロセスが、比較例１６などの、従来の市販酸化剤を使用するプロセスと同等の処理性能を提供し得ることを実証する。しかしながら、実施例１５の塩素化補助凝固プロセスは、市販酸化剤を添加するのではなく、生成水中に既に存在する塩化物イオンからオンサイトで酸化剤を生成することによってコストを節約し得る。

比較例１６で実施される処理などの従来の化学処理では、塩化カルシウムを添加する場合のカルシウムなどの、処理中に添加されるイオン種は、これらの追加のイオンが貯留層の詰まりに関与し得るか、または配管および施設のスケール形成の原因となり得るため、処理プロセスにとって有害であり得る。高ＴＤＳ水では、塩化物イオンと同程度に良性のイオンの添加は、高ＴＤＳ水の全体的なイオンバランスを乱す場合があり、これは、塩化ナトリウムなどの塩の早過ぎる沈殿を引き起こし得る。これらの高ＴＤＳ水では、共通イオン効果が容易かつ頻繁に起こる。

実施例１５の処理されたスウィート生成水について、アルミニウム、塩化物、硫酸塩、臭化物、および重炭酸イオンの減少が観察された。実施例１５の無機種の濃度は、実施例１４の濃度よりも低かったが、実施例１５の鉄の濃度（１４ｍｇ／Ｌ）は、比較例１６の従来の化学処理と比較して依然として高い。この結果は、より少量のイオンが、スウィート生成水への塩の添加を必要とする従来の化学処理に対して同等以上の結果を達成するために十分であり得ることを示す。これらの結果はまた、高イオン性水性組成物（例えば、スウィート生成水）では、塩素化補助凝固プロセスが、プロセス中にイオンを沈殿または共沈させるために十分に、水性組成物のイオンバランスを不安定化させ得ることを示す。

実施例１８：スウィート生成水の塩素化補助凝固プロセス中に補足的な鉄（ＩＩ）化合物を添加することの効果
実施例１８では、対照例１４の１リットルの量のスウィート生成水を、メスシリンダーで計量し、図７の実験装置７００のビーカー７０２に添加した。電極７１０を、ビーカー７０２内のスウィート生成水に少なくとも部分的に浸水させた。０．０５１０グラムの量の硫酸鉄（ＩＩ）（ＦｅＳＯ_４）を、スウィート生成水に添加した。スウィート生成水とＦｅＳＯ_４との混合物に、０．９６アンペアの電流および３．６Ｖの電圧を２分間通した。結果として得られた懸濁液を、グラスウールで濾過して、固形分を除去し、実施例１８の処理された水を生成した。実施例１８の処理された水を、対照例１４において上に記載された特性について分析し、結果は、本開示で続いて提供される表６に報告される。
実施例１９：スウィート生成水の塩素化補助凝固プロセス中により多量の補足的な鉄（ＩＩ化合物を添加することの効果

実施例１９では、対照例１４の１リットルの量のスウィート生成水を、メスシリンダーで計量し、図７の実験装置７００のビーカー７０２に添加した。電極７１０を、ビーカー７０２内のスウィート生成水に少なくとも部分的に浸水させた。０．５０５９グラムの量の硫酸鉄（ＩＩ）（ＦｅＳＯ_４）を、スウィート生成水に添加した。スウィート生成水とＦｅＳＯ_４との混合物に、０．９５アンペアの電流および３．６Ｖの電圧を２分間通した。結果として得られた懸濁液を、グラスウールで濾過して、固形分を除去し、実施例１９の処理された水を生成した。実施例１９の処理された水を、対照例１４において上に記載された特性について分析し、結果は、本開示で続いて提供される表６に報告される。
実施例２０：比較例１９の市販酸化剤、および補足的な鉄化合物を含まない実施例１５との実施例１８の比較。

本開示で続いて提供される表６は、対照例１４、実施例１８、および比較例１９についての分析データを含む。表６はまた、補足的な鉄化合物、ＦｅＳＯ_４の添加を含まない塩素化補助凝固プロセスを使用して処理された、実施例１５の分析データも含む。

表６のデータによって示されるように、実施例１８および１９の塩素化補助凝固プロセスによって処理されたスウィート生成水への補足的な鉄（ＩＩ）種、ＦｅＳＯ_４の添加は、補足的な鉄（ＩＩ）種を添加せずに実施された、実施例１５の塩素化補助凝固プロセスによるスウィート生成水の処理と比較して、他の化学化合物の除去にほとんどまたは全く影響がなかった。したがって、表６のデータは、塩素化補助凝固プロセスが、処理前または処理中に生成水に補足的な鉄（ＩＩ）種を導入せずに、生成水の十分な処理を提供し得ることを実証する。

硫酸鉄（ＩＩ）（５１．０ｍｇ／Ｌ）の添加は、実施例１５および対照例１４のスウィート生成水と比較して、例１８のスウィート生成水中の鉄（ＩＩ）の量を増加させる。しかしながら、実施例１８の処理されたスイート生成水の分析は、実施例１５の処理されたスイート生成水と比較してほとんど差を示さなかった。さらに、実施例１８および１９の２分の反応時間は、実施例２および５の処理されたサワー生成水と比較して、実施例１８および１９の処理されたスウィート生成水中で、添加された鉄（ＩＩ）種の全部を鉄（ＩＩＩ）に変換するために十分ではなかった。この予想外の結果を要約すると、スウィート生成水は、スウィート生成水中に既に存在する鉄（ＩＩ）種の濃度がそれ自体によって凝固プロセスを実行するために十分であったため、さらなる鉄（ＩＩ）種の添加を必要としなかった。

実施例２１：塩素化補助凝固プロセス後に凝集剤組成物を添加することの効果
実施例２１では、対照例１４の１リットルの量のスウィート生成水を、メスシリンダーで計量し、図７の実験装置７００のビーカー７０２に添加した。電極７１０を、ビーカー７０２内のスウィート生成水に少なくとも部分的に浸水させた。スウィート生成水に、０．９３アンペアの電流および３．５Ｖの電圧を２分間通した。電流の停止後、市販凝集剤である、０．５０３９グラムのキトサンを、結果として得られた懸濁液に添加し、キトサンと懸濁液との混合物を５分間、混合した。沈降速度が、キトサンの添加によって上昇したことが観察された。結果として得られた懸濁液を、グラスウールで濾過して、固形分を除去し、実施例２１の処理された水を生成した。実施例２１の処理された水を、対照例１４において上に記載された特性について分析し、結果は、本開示で続いて提供される表７に報告される。表７はまた、比較のために対照例１４および実施例１５の分析データも含む。

表７のデータは、生成水に電流を通した後の市販凝集剤の添加が、塩素化補助凝固プロセスの操作が凝集剤なしで実施された実施例１５と比較して、対照例１４のスウィート生成水から金属およびアニオンを除去することにあまり効果がなかったことを示す。処理後の凝集剤の添加は、実施例１５の処理された水と比較して、実施例２１の処理された水の中の鉄の濃度を低下させたことが観察された。したがって、凝集剤の添加は、処理されたスウィート生成水からの鉄フロックの除去を補助し得る。

実施例２２：酸性ｐＨ条件下での凝集剤添加を含む塩素化補助凝固プロセス。
実施例２２では、ある量の対照例１４のスウィート水を、図７の実験装置７００のビーカー７０２に添加した。スウィート生成水のｐＨは、６．１であった。ｐＨを調整せず、そのため、塩素化補助凝固プロセスによる処理を酸性条件下で実施した。電極７１０を、ビーカー７０２内のスウィート生成水に少なくとも部分的に浸水させた。スウィート生成水に、０．９５〜０．９６アンペアの電流および３．６〜３．７Ｖの電圧を６０分間通した。電流の停止後、市販凝集剤である、５．０２４６グラムのキトサンを、結果として得られた懸濁液に添加し、キトサンと懸濁液との混合物を１０分間、混合した。結果として得られた懸濁液を、グラスウールで濾過して、固形分を除去し、実施例２２の処理された水を生成した。実施例２２の処理された水を、対照例１４において上に記載された特性について分析し、結果は、本開示で続いて提供される表８に報告される。

塩素化補助凝固プロセスに対する反応時間の影響を評価するために、実施例２２の反応時間を、実施例２１の２分から６０分に延長した。しかしながら、実施例２１の処理されたスウィート生成水（上記の表７に提示された実施例２１の結果を参照）と、実施例２２の処理されたスウィート生成水（続いて表８に提供される実施例２２の結果を参照）との間に組成の有意差は、観察されなかった。実施例２２および実施例２１の結果の比較は、塩化物の電気分解および鉄（ＩＩＩ）への鉄（ＩＩ）の酸化の逐次反応が、２分未満の反応時間による非常に速いものであることを示している。

実施例２２のキトサン凝集剤の量もまた、実施例２１で使用された０．５０３９グラムのキトサン凝集剤と比較して、５．０２４６グラムまで増加した。処理されたスウィート生成水に添加される凝集剤の量を増やしても、実施例２１と比較して、実施例２２の処理されたスウィート生成水中の沈降速度または無機成分の濃度が実質的に変化しないことが観察された。

実施例２３：塩基性ｐＨ条件下での凝集剤添加を含む塩素化補助凝固プロセス。
実施例２３では、対照例１４の１リットルの量のスウィート生成水を、メスシリンダーで計量し、図７の実験装置７００のビーカー７０２に添加した。スウィート生成水のｐＨをｐＨ８まで調整して、塩素化補助凝固プロセスのための塩基性条件を作り出した。ｐＨを、７．５１１４グラムの水酸化カリウムペレットの添加によって調整した。電極７１０を、ビーカー７０２内のスウィート生成水に少なくとも部分的に浸水させた。スウィート生成水に、１．０５アンペアの電流および３．５Ｖの電圧を６０分間通した。電流の停止後、市販凝集剤である、５．１３８９グラムのキトサンを、結果として得られた懸濁液に添加し、キトサンと懸濁液との混合物を１０分間、混合した。結果として得られた水性懸濁液を、グラスウールで濾過して、固形分を除去し、実施例２３の処理された水を生成した。実施例２３の処理された水を、対照例１４において上に記載された特性について分析し、結果は、本開示で続いて提供される表８に報告される。

比較例２４：凝集剤のみによるスウィート生成水の処理
比較例２４では、１リットルの量の対照例１４のスウィート生成水を、メスシリンダーで計量し、図７の実験装置７００のビーカー７０２に添加した。スウィート生成水のｐＨを、７．６２５３グラムの水酸化カリウムペレットを添加することによって、ｐＨ８まで調整した。５．０６３４グラムの量のキトサンを、スウィート生成水に添加し、生成水とキトサンとの混合物を１０分間、混合した。酸化剤は、比較例２４のスウィート生成水に添加しなかった。混合物には、電流を通さなかった。結果として得られた懸濁液を、グラスウールで濾過して、固形分を除去し、比較例２４の処理された水を生成した。比較例２４の処理された水を、対照例１４において上に記載された特性について分析し、結果は、本開示で続いて提供される表８に報告される。ｐＨを上昇させることによって、より低いｐＨと比較して、より多くのカチオンが不溶性金属水酸化物として沈殿し、金属水酸化物と共沈したことが観察された。例えば、亜セレン酸塩が水酸化鉄（ＩＩＩ）と共沈したことが観察された。
実施例２５：凝集剤添加による塩素化補助凝固プロセスを使用するスウィート生成水の処理に対するｐＨ条件の影響を評価する、実施例２２、実施例２３、および比較例２４の比較
本開示で続いて提供される表８は、比較例１４、実施例２２、実施例２３、および比較例２４についての分析データを含む。

表８に示されるように、実施例２２のように、酸性条件下で塩素化補助凝固プロセスを実施することは、対照例１４の生成水と比較して、生成水からの特定の金属、特に、アルミニウム、カルシウム、マグネシウム、マンガン、およびナトリウムの減少を結果としてもたらした。酸性条件はまた、対照例１４と比較して、実施例２２の処理された水中のフッ化物、硫酸塩および重炭酸塩アニオンなどのアニオンの減少も結果としてもたらした。実施例２３のように、塩基性条件下で塩素化補助凝固プロセスを実施することは、対照例１４の生成水と比較して、アルミニウム、カルシウム、マグネシウムの金属、ならびに生成水からのフッ化物、硫酸塩および重炭酸塩のアニオンの同様の減少を呈した。塩基性条件下で塩素化補助凝固プロセスを実施することはまた、対照例１４および実施例２２と比較して、バリウムおよびストロンチウムの濃度の減少を結果としてもたらした。実施例２２および２３の結果は、塩素化補助凝固プロセスが酸性および塩基性条件下で有効であり得ることを実証する。また、塩素化補助凝固プロセスは、既に高イオン濃度を有する水性組成物へのさらなるイオン種の添加を必要としない。塩素化補助凝固プロセスはまた、大量の酸化剤を保管および取り扱う必要性を排除することによって、従来のプロセスよりも安全である。電流の制御は、水溶液への酸化剤の添加に頼る従来のプロセスと比較して、水性組成物中の酸化剤の量の改善された制御を可能にし得る。

実施例２６：電極材料に対する塩素化補助凝固プロセスの効果
塩素化補助凝固プロセスの実験を、図７に関連して上述された実験装置７００を使用して実施した。実験を、電極７１０用に異なる電極材料を用いて実施した。第１の実験を、白金製の電極７１０を用いて実施し、第２の実験を、タンタル製の電極７１０を用いて実施した。白金電極を用いた第１の実験およびタンタル電極を用いた第２の実験の両方で、塩素化補助凝固プロセスを、２分の反応期間および６０分の反応時間、１リットルのスイート生成水サンプルに対して実施した。各実験について、塩素化補助凝固プロセスを、より高濃度のＨ_２Ｓを有する１リットルのサワー生成水サンプルを用いて繰り返した。このプロセスを、２分の期間および６０分の期間にわたって、サワー生成水に対して実施した。

電極材料は、水の電気分解および／または塩水の電気分解のための非犠牲電極としての使用が知られている材料であった。しかしながら、白金電極は、塩素化補助凝固プロセスの条件下では白金電極の腐食に起因して、この用途には好適ではない場合があることが観察された。両方の実験について、電極の腐食は、スウィート生成水およびサワー生成水について２分の短い反応時間後に観察されなかった。サワー生成水を６０分の反応時間処理したとき、白金電極は、実質的な腐食を呈した。スウィート生成水の６０分間の処理は、サワー生成水と比較して、白金電極上の非常にわずかな腐食をもたらしたが、孔食が、スウィート生成水の６０分間の処理後、白金電極上に見られた。実質的な腐食は、スイート生成水またはサワー生成水の６０分間の処理後、タンタル電極上で観察されなかった。

図８を参照すると、サワー生成水および６０分の反応時間で実験を実施した後に撮影された白金電極８５０の写真は、白金電極８５０の丸みを帯びた角部８５２によって見られるように、白金電極８５０の相当部分の消失を結果としてもたらす相当な腐食を白金電極８５０が受けたことを示している。図９を参照すると、サワー生成水および６０分の反応時間で実験を実施した後に撮影されたタンタル電極８６０の写真は、予想外にも、タンタル電極８６０の非常にわずかな腐食を示している。したがって、タンタル電極８６０は、他の従来の遷移金属電極と比較して、塩素化補助凝固プロセスでの電極としての使用により好適であり得る。この結果は、予想外であり、それゆえに、電極材料の選択は、電極の腐食を低減または防止することにつながり得る。

本開示の第１の態様は、水性組成物を処理するプロセスを対象とし得、プロセスは、嫌気性条件下で水性組成物の少なくとも一部分に電流を通すことによって、水性組成物中の塩化物イオンの少なくとも一部分を次亜塩素酸イオンまたは次亜塩素酸に変換することを含み、水性組成物が、塩化物イオン、鉄（ＩＩ）化合物、および１つ以上の有機化合物を含む。プロセスは、水性組成物の鉄（ＩＩ）化合物の少なくとも一部分を次亜塩素酸塩または次亜塩素酸と反応させて、鉄（ＩＩＩ）イオンを生成することと、１つ以上の有機化合物を鉄（ＩＩＩ）イオンと凝固させて、処理された水性組成物中に複数の不溶性固体粒子を生成することと、をさらに含み得る。

本開示の第２の態様は、電流が、１．５ボルト（Ｖ）以上の電圧を有する、第１の態様を含み得る。

本開示の第３の態様は、電流が１．５Ｖ〜５．０Ｖの電圧を有する、第１または第２の態様のいずれかを含み得る。

本開示の第４の態様は、電流の電流密度が、１ミリアンペア／平方センチメートル〜１アンペア／平方センチメートルである、第１〜第３の態様のいずれかを含み得る。

本開示の第５の態様は、水性組成物が、油田生成水の組成物を含む、第１〜第４の態様のいずれかを含み得る。

本開示の第６の態様は、水性組成物のｐＨが、２．５〜８．５である、第１〜第５の態様のいずれかを含み得る。

本開示の第７の態様は、水性組成物のｐＨが、１０．５〜１２．５である、第１〜第６の態様のいずれかを含み得る。

本開示の第８の態様は、電流が、非犠牲電極を用いて水性組成物に通される、第１〜第７の態様のいずれかを含み得る。

本開示の第９の態様は、非犠牲電極が、ジルコニウム、モリブデン、金、銀、タンタル、タングステン、クロム、炭素、硫黄、ケイ素、またはこれらの材料の酸化物のうちの１つ以上を含む外面を有する、第８の態様を含み得る。

本開示の第１０の態様は、非犠牲電極の極性を交番させることをさらに含む、第８または第９の態様のいずれかを含み得る。

本開示の第１１の態様は、非犠牲電極の極性が、波形発生器を備える電極極性オルタネータによって交番される、第１０の態様を含み得る。

本開示の第１２の態様は、非犠牲電極を水性組成物に対して回転させることをさらに含む、第８〜第１１の態様のいずれかを含み得る。

本開示の第１３の態様は、非犠牲電極が、非犠牲電極の各々に連結されたシャフトと、シャフトに操作可能に連結された駆動装置と、を備える、電極回転システムによって回転され、駆動装置が、シャフトおよび非犠牲電極を水性組成物に対して回転させるように操作可能である、第１２の態様を含み得る。

本開示の第１４の態様は、水性組成物に凝集剤を導入することによって複数の不溶性固体粒子を凝集させることをさらに含む、第１〜第１３の態様のいずれかを含み得る。

本開示の第１５の態様は、処理された水性組成物から複数の不溶性固体粒子を分離することをさらに含む、第１〜第１４の態様のいずれかを含み得る。

本開示の第１６の態様は、水性組成物に補足的な鉄（ＩＩ）化合物を導入することをさらに含む、第１〜第１５の態様のいずれかを含み得る。

本開示の第１７の態様は、水性組成物または処理された水性組成物の性質を測定することと、測定された特性に応答して、水性組成物を通る電流の電圧または電流密度を制御することと、をさらに含む、第１〜１６の態様のいずれかを含み得る。

本開示の第１８の態様は、特性が、酸化還元電位を含む、第１７の態様を含み得る。

本開示の第１９の態様は、水性組成物の全てが、電流を通される、第１〜第１８の態様のいずれかを含み得る。

本開示の第２０の態様は、水性組成物を第１の部分と第２の部分とに分離することと、嫌気性条件下で水性組成物の第１の部分に電流を通すことによって、水性組成物の第１の部分中の塩化物イオンの少なくとも一部分を次亜塩素酸塩または次亜塩素酸に変換することと、第１の部分中の塩化物イオンを次亜塩素酸塩または次亜塩素酸に変換した後に、水性組成物の第１の部分を水性組成物の第２の部分と組み合わせることと、をさらに含む、第１〜第１９の態様のいずれかを含み得る。

本開示の第２１の態様は、水溶液の第１の部分、水性組成物の第２の部分、または処理された水性組成物の特性を測定することと、測定された特性に基づいて水性組成物の第２の部分に対する第１の部分の比率を調整することと、をさらに含む、第２０の態様を含み得る。

本開示の第２２の態様は、水性組成物が、フェノール化合物を含み、処理された水性組成物が、処理後、０．０１重量百万分率未満のフェノール化合物を含む、第１〜第２１の態様のいずれかを含み得る。

本開示の第２３の態様は、水性組成物が、０．１重量パーセント以上の原油を含み、処理された水性組成物が、処理後、５０ミリグラム／リットル未満の原油を含む、第１〜第２２の態様のいずれかを含み得る。

本開示の第２４の態様は、プロセスが、１００キロパスカル〜１０００キロパスカルの圧力、および摂氏２５度〜摂氏８０度の温度で行われる、第１〜第２３の態様のいずれかを含み得る。

本開示の第２５の態様は、水性組成物が、硫化水素を含み、処理された水性組成物が、水性組成物よりも低い濃度の硫化水素を含む、第１〜第２４の態様のいずれかを含み得る。

本開示の第２６の態様は、水性組成物から無機カチオン種を共沈させることと、処理された水性組成物から共沈された無機カチオン種を分離することと、をさらに含む、第１〜第２５の態様のいずれかを含み得る。

本開示の第２７の態様は、水性組成物を電気塩素化ゾーンに送ることであって、水性組成物中の塩化物イオンの少なくとも一部分が、電気塩素化ゾーン内で次亜塩素酸イオンまたは次亜塩素酸に変換される、送ることと、水性組成物を電気塩素化ゾーンから電気塩素化ゾーンの下流の凝固ゾーンに送ることと、をさらに含む、第１〜第２６の態様のいずれかを含み得る。

本開示の第２８の態様は、水性組成物を第１の部分と第２の部分とに分離することと、水性組成物の第１の部分を電気塩素化ゾーンに送ることと、水性組成物の第２の部分をバイパスラインを通して凝固ゾーンに送ることと、水性組成物の第１の部分を電気塩素化ゾーンから凝固ゾーンに送ることと、凝固ゾーン内で水性組成物の第１の部分を水性組成物の第２の部分と組み合わせることと、をさらに含む、第２７の態様を含み得る。

本開示の第２９の態様は、水性組成物から有機化合物を除去するためのプロセスを対象とし、プロセスは、水性組成物の少なくとも一部分を電気塩素化ゾーンに導入することであって、水性組成物が、少なくとも塩化物イオン、鉄（ＩＩ）化合物、および１つ以上の有機化合物を含む、導入することを含む。プロセスは、電気塩素化ゾーン内で、嫌気性条件下で水性組成物に電流を通すことによって、水性組成物中の塩化物イオンの少なくとも一部分を次亜塩素酸塩または次亜塩素酸に変換することと、水性組成物中の鉄（ＩＩ）化合物の少なくとも一部分を、電気塩素化ゾーン内または凝固ゾーン内の次亜塩素酸塩または次亜塩素酸を用いて酸化して、鉄（ＩＩＩ）イオンを生成することと、１つ以上の有機化合物を凝固ゾーン内で鉄（ＩＩＩ）イオンを用いて凝固させて、水性組成物中に複数の不溶性固体粒子を生成することと、水性組成物から不溶性固体粒子の少なくとも一部分を分離し、それによって、水性組成物から有機化合物の少なくとも一部分を除去することと、をさらに含む。

本開示の第３０の態様は、凝固ゾーンが、電気塩素化ゾーンの下流である、第２９の態様を含み得る。

本開示の第３１の態様は、凝固ゾーンおよび電気塩素化ゾーンが、単一処理容器内にある、第２９の態様を含み得る。

本開示の第３２の態様は、電気塩素化ゾーン内または電気塩素化ゾーンの下流で水性組成物の電位特性を測定することをさらに含む、第２９〜第３１の態様のいずれかを含み得る。

本開示の第３３の態様は、電気塩素化ゾーン内の水性組成物を通る電流の電圧もしくは電流密度を制御すること、または電気塩素化ゾーンに導入される水性組成物の少なくとも一部分の流量を調整することをさらに含み、制御することまたは調整することが、電気塩素化ゾーン内または電気塩素化ゾーンの下流の水性組成物の測定された特性に基づく、第３２の態様を含み得る。

本開示の第３４の態様は、水性組成物を処理するためのシステムを対象とし得、システムは、容器および容器内に配置された複数の電極を含む電気塩素化システムを備え、電気塩素化システムが、複数の電極を有する容器内に配置された水溶性組成物に電流を通すことによって、水溶性組成物中の塩化物イオンの少なくとも一部分を次亜塩素酸塩または次亜塩素酸に変換するように操作可能であり、電極が各々、ジルコニウム、モリブデン、金、銀、タンタル、タングステン、クロム、炭素、硫黄、ケイ素、またはこれらの材料の酸化物のうちの１つ以上を含む外面を有する非犠牲電極を備え、複数の電極が、容器内に配置された水性組成物に１．５Ｖ超の電流電位を有する電流を通すように操作可能である。システムは、電気塩素化システムの下流に凝固容器をさらに含む。

本開示の第３５の態様は、電気塩素化容器内または凝固容器の下流に位置付けられた少なくとも１つの特性センサをさらに備える、第３４の態様を含み得る。

本開示の第３６の態様は、電気塩素化システムの周囲かつ凝固容器に直接、水性組成物の少なくとも一部分を送るように操作可能なバイパスラインをさらに備える、第３４または第３５の態様のいずれかを含み得る。

本開示の第３７の態様は、バイパスライン内に配置された制御弁をさらに備え、制御弁が、電気塩素化容器または電気塩素化容器の下流で特性センサ位置によって判定される、測定された特性に応答して、電気塩素化容器への水性組成物の一部分の流量を制御するように操作可能である、第３６の態様を含み得る。

本出願で表現される任意の定量値は、「備える」または「含む」という移行句と一致する非限定的実施形態、ならびに限定的または部分的に限定的な実施形態を含むとみなされ得る。

本開示の主題は、特定の実施形態を参照して詳細に説明された。実施形態の構成要素または特徴の詳細な説明は、その構成要素または特徴が、特定の実施形態または任意の他の実施形態に不可欠であることを必ずしも示唆するものではないことを理解されたい。特許請求の範囲の主題の様々な態様が本明細書に説明されたが、そのような態様は、組み合わせて利用される必要はない。さらに、特許請求の範囲の主題の趣旨および範囲から逸脱することなく、説明された実施形態に種々の変更および変形がなされ得ることは、当業者にとって明らかであるはずである。

「実質的に」および「約」という用語は、任意の定量的な比較、値、測定値、または他の表現に帰することができる不確実性の固有の程度を表すために本明細書に利用され得ることに留意されたい。これらの用語は、本明細書では、定量的表現が、問題の主題の基本機能に変化を結果的にもたらさずに、記載された基準と異なり得る程度を表すためにも利用される。

Claims (37)

1. 水性組成物を処理するためのプロセスであって、
   嫌気性条件下で前記水性組成物の少なくとも一部分に電流を通すことによって、前記水性組成物中の塩化物イオンの少なくとも一部分を次亜塩素酸イオンまたは次亜塩素酸に変換することであって、前記水性組成物が、前記塩化物イオン、鉄（ＩＩ）化合物、および１つ以上の有機化合物を含む、変換することと、
   前記水性組成物の前記鉄（ＩＩ）化合物の少なくとも一部分を前記次亜塩素酸塩または前記次亜塩素酸と反応させて、鉄（ＩＩＩ）イオンを生成することと、
   前記１つ以上の有機化合物を前記鉄（ＩＩＩ）イオンと凝固させて、処理された水性組成物中に複数の不溶性固体粒子を生成することと、を含む、プロセス。
2. 前記電流が、１．５ボルト（Ｖ）以上の電圧を有する、請求項１に記載のプロセス。
3. 前記電流が、１．５Ｖ〜５．０Ｖの電圧を有する、請求項１に記載のプロセス。
4. 前記電流の電流密度が、１ミリアンペア／平方センチメートル〜１アンペア／平方センチメートルである、請求項１に記載のプロセス。
5. 前記水性組成物が、油田生成水の組成物を含む、請求項１に記載のプロセス。
6. 前記水性組成物のｐＨが、２．５〜８．５である、請求項１に記載のプロセス。
7. 前記水性組成物のｐＨが、１０．５〜１２．５である、請求項１に記載のプロセス。
8. 前記電流が、非犠牲電極を用いて前記水性組成物に通される、請求項１に記載のプロセス。
9. 前記非犠牲電極が、ジルコニウム、モリブデン、金、銀、タンタル、タングステン、クロム、炭素、硫黄、ケイ素、またはこれらの材料の酸化物のうちの１つ以上を含む外面を有する、請求項８に記載のプロセス。
10. 前記非犠牲電極の極性を交番させることをさらに含む、請求項８に記載のプロセス。
11. 前記非犠牲電極の前記極性が、波形発生器を備える電極極性オルタネータによって交番される、請求項１０に記載のシステム。
12. 前記非犠牲電極を前記水性組成物に対して回転させることをさらに含む、請求項８に記載のシステム。
13. 前記非犠牲電極が、前記非犠牲電極の各々に連結されたシャフトと、前記シャフトに操作可能に連結された駆動装置と、を備える、電極回転システムによって回転され、前記駆動装置が、前記シャフトおよび前記非犠牲電極を前記水性組成物に対して回転させるように操作可能である、請求項１２に記載のシステム。
14. 前記水性組成物に凝集剤を導入することによって前記複数の不溶性固体粒子を凝集させることをさらに含む、請求項１に記載のプロセス。
15. 前記処理された水性組成物から前記複数の不溶性固体粒子を分離することをさらに含む、請求項１に記載のプロセス。
16. 前記水性組成物に補足的な鉄（ＩＩ）化合物を導入することをさらに含む、請求項１に記載のプロセス。
17. 前記水性組成物の全てが、前記電流を通される、請求項１に記載のプロセス。
18. 前記水性組成物または前記処理された水性組成物の特性を測定することと、
    前記測定された特性に応答して、前記水性組成物を通る前記電流の電圧または電流密度を制御することと、をさらに含む、請求項１に記載のプロセス。
19. 前記特性が、酸化還元電位を含む、請求項１８に記載のプロセス。
20. 前記水性組成物を第１の部分と第２の部分とに分離することと、
    嫌気性条件下で前記水性組成物の前記第１の部分に電流を通すことによって、前記水性組成物の前記第１の部分中の前記塩化物イオンの少なくとも一部分を次亜塩素酸塩または次亜塩素酸に変換することと、
    前記第１の部分中の前記塩化物イオンを次亜塩素酸塩または次亜塩素酸に変換した後に、前記水性組成物の前記第１の部分を前記水性組成物の前記第２の部分と組み合わせることと、をさらに含む、請求項１に記載のプロセス。
21. 前記水性組成物の前記第１の部分、前記水性組成物の前記第２の部分、または前記処理された水性組成物の特性を測定することと、
    前記測定された特性に基づいて、前記水性組成物の前記第２の部分に対する前記第１の部分の比率を調整することと、をさらに含む、請求項２０に記載のプロセス。
22. 前記水性組成物が、フェノール化合物を含み、前記処理された水性組成物が、処理後、０．０１重量百万分率未満のフェノール化合物を含む、請求項１に記載のプロセス。
23. 前記水性組成物が、０．１重量パーセント以上の原油を含み、前記処理された水性組成物が、処理後、５０ミリグラム／リットル未満の原油を含む、請求項１に記載のプロセス。
24. 前記プロセスが、１００キロパスカル〜１０００キロパスカルの圧力、および摂氏２５度〜摂氏８０度の温度で行われる、請求項１に記載のプロセス。
25. 前記水性組成物が、硫化水素を含み、前記処理された水性組成物が、前記水性組成物よりも低い濃度の硫化水素を含む、請求項１に記載のプロセス。
26. 前記水性組成物から無機カチオン種を共沈させることと、前記処理された水性組成物から前記共沈された無機カチオン種を分離することと、をさらに含む、請求項１に記載のプロセス。
27. 前記水性組成物を電気塩素化ゾーンに送ることであって、前記水性組成物中の塩化物イオンの前記少なくとも一部分が、前記電気塩素化ゾーン内で次亜塩素酸イオンまたは次亜塩素酸に変換される、送ることと、
    前記水性組成物を前記電気塩素化ゾーンから前記電気塩素化ゾーンの下流の凝固ゾーンに送ることと、をさらに含む、請求項１に記載のプロセス。
28. 前記水性組成物を第１の部分と第２の部分とに分離することと、
    前記水性組成物の前記第１の部分を前記電気塩素化ゾーンに送ることと、
    前記水性組成物の前記第２の部分を、バイパスラインを通して前記凝固ゾーンに送ることと、
    前記水性組成物の前記第１の部分を前記電気塩素化ゾーンから前記凝固ゾーンに送ることと、
    前記凝固ゾーン内で前記水性組成物の前記第１の部分を前記水性組成物の前記第２の部分と組み合わせることと、をさらに含む、請求項２７に記載のプロセス。
29. 水性組成物から有機化合物を除去するためのプロセスであって、
    前記水性組成物の少なくとも一部分を前記電気塩素化ゾーンに導入することであって、前記水性組成物が、少なくとも塩化物イオン、鉄（ＩＩ）化合物、および１つ以上の有機化合物を含む、導入することと、
    前記電気塩素化ゾーン内で、嫌気性条件下で前記水性組成物に電流を通すことによって、前記水性組成物中の前記塩化物イオンの少なくとも一部分を次亜塩素酸塩または次亜塩素酸に変換することと、
    前記水性組成物中の鉄（ＩＩ）化合物の少なくとも一部分を、前記電気塩素化ゾーン内または凝固ゾーン内の前記次亜塩素酸塩または次亜塩素酸を用いて酸化して、鉄（ＩＩＩ）イオンを生成することと、
    前記１つ以上の有機化合物を前記凝固ゾーン内で前記鉄（ＩＩＩ）イオンを用いて凝固させて、前記水性組成物中に複数の不溶性固体粒子を生成することと、
    前記水性組成物から前記不溶性固体粒子の少なくとも一部分を分離し、それによって、前記水性組成物から前記有機化合物の少なくとも一部分を除去することと、を含む、プロセス。
30. 前記凝固ゾーンが、前記電気塩素化ゾーンの下流である、請求項２９に記載のプロセス。
31. 前記凝固ゾーンおよび前記電気塩素化ゾーンが、単一処理容器内にある、請求項２９に記載のプロセス。
32. 前記電気塩素化ゾーン内または前記電気塩素化ゾーンの下流で前記水性組成物の電位特性を測定することをさらに含む、請求項２９に記載のプロセス。
33. 前記電気塩素化ゾーン内の前記水性組成物を通る前記電流の電圧もしくは電流密度を制御すること、または前記電気塩素化ゾーンに導入される前記水性組成物の前記少なくとも一部分の流量を調整することをさらに含み、前記制御することまたは前記調整することが、前記電気塩素化ゾーン内または前記電気塩素化ゾーンの下流の前記水性組成物の前記測定された特性に基づく、請求項３２に記載のプロセス。
34. 水性組成物を処理するためのシステムであって、
    容器および前記容器内に配置された複数の電極を含む電気塩素化システムであって、前記電気塩素化システムが、前記複数の電極を有する前記容器内に配置された前記水溶性組成物に電流を通すことによって、前記水溶性組成物中の塩化物イオンの少なくとも一部分を次亜塩素酸塩または次亜塩素酸に変換するように操作可能であり、前記電極が各々、ジルコニウム、モリブデン、金、銀、タンタル、タングステン、クロム、炭素、硫黄、ケイ素、またはこれらの材料の酸化物のうちの１つ以上を含む外面を有する非犠牲電極を備え、前記複数の電極が、前記容器内に配置された前記水性組成物に１．５Ｖ超の電流電位を有する前記電流を通すように操作可能である、電気塩素化システムと、
    前記電気塩素化システムの下流の凝固容器と、を備える、システム。
35. 前記電気塩素化容器内または前記凝固容器の下流に位置付けられた少なくとも１つの特性センサをさらに備える、請求項３４に記載のシステム。
36. 前記電気塩素化システムの周囲かつ前記凝固容器に直接、前記水性組成物の少なくとも一部分を送るように操作可能なバイパスラインをさらに備える、請求項３４に記載のシステム。
37. 前記バイパスライン内に配置された制御弁をさらに備え、前記制御弁が、前記電気塩素化容器内または前記電気塩素化容器の下流で特性センサ位置によって判定される、測定された特性に応答して、前記電気塩素化容器への水性組成物の一部分の流量を制御するように操作可能である、請求項３６に記載のシステム。

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