JP6386528B2 - 高回収脱塩システムにおけるイオン封鎖によるスケーリング防止 - Google Patents

Description

今世紀における淡水不足は、人類に関わる世界的懸案事項としてはエネルギー不足よりも深刻であろう。そして、例えば“Ｓｐｅｃｉａｌ Ｒｅｐｏｒｔ ｏｎ Ｗａｔｅｒ” ｉｎ ｔｈｅ ２０ Ｍａｙ ２０１０ ｉｓｓｕｅ ｏｆ Ｔｈｅ Ｅｃｏｎｏｍｉｓｔに説明されているように、無情にもこれらの２つの難題は表裏一体の関係にある。淡水は人間やその他の生物が最も必要とする基本的な物質の一つである。人間は最低でも１人当たり１日約２リットルの水を摂取することが必要である。さらに世界は農業および工業プロセス用淡水の需要増にも直面している。

水の供給不足がもたらす害悪は特に深刻である。淡水不足は、飢饉、病気、死、意に反する大量移住、地域間の紛争／武力衝突、生態系の崩壊といった様々な危機を招く可能性がある。淡水の窮乏が危機的状況にあり、淡水不足によって深刻な結果がもたらされるにも拘わらず、淡水の供給は著しく制限されている。地球上に存在する水の９７．５％は塩を含んでおり、残りの水の約７０％は氷の状態で（大部分は氷床および氷河に）閉じ込められており、その残りである、地球上に存在する水全体のごく僅かな部分が淡水（非塩水）として利用可能である。

その上、利用可能な淡水は地球全体に均等に分布しているわけではない。例えば、インドや中国といった人口密度が非常に高い国には供給が不足している地域が多く存在する。その上、淡水の供給量は多くの場合季節によって変動する。その一方で、淡水の需要は地球全体に亘って逼迫している。貯水池は干上がり、帯水層の水位は低下し、河川は枯れ、氷河および氷床は退縮している。淡水の需要は人口の増加に伴い増加し、同様に、農業形態の変化および工業化の進展によっても増加する。多くの地域は気候の変化に伴い一層の水不足に脅かされる。その結果として、水不足に直面している人口が増加している。しかし、天然の淡水は、通常、各地域の流域に留まっており、水の輸送は高額な費用を要する上に多量のエネルギーを消費する。

また、有利には、汚染された廃液（例えば、石油生産およびガス生産に由来するもの）から水を抽出し、それによって淡水を製造することもできるし、濃縮して廃液の量を減らして公害や汚染を減らし、費用を削減することもできる。

そうは言っても、海水から（または汽水もしくは汚染された廃液から）淡水を製造する既存のプロセスの多くは多量のエネルギーを必要とする。現在用いられている主要な脱塩技術は逆浸透（ＲＯ）である。大規模工場においては、必要とされる電力原単位（ｓｐｅｃｉｆｉｃ ｅｌｅｃｔｒｉｃｉｔｙ）を４ｋＷｈ／ｍ^３（回収率３０％）と低くすることができる。一方、理論的な最小値は約１ｋＷｈ／ｍ^３である。より小型のＲＯシステム（例えば、船舶積載用）はこれよりも効率が悪い。

他の既存の海水脱塩システムとしては、熱エネルギーをベースとする多段フラッシュ方式（ＭＳＦ）の蒸留および多重効用方式の蒸留（ＭＥＤ）が挙げられ、これらはいずれも多量の熱および資本を要するプロセスである。一方、ＭＳＦおよびＭＥＤシステムにおいては、伝熱設備に軟質および硬質スケールを付着させる原因となる硫酸カルシウム、水酸化マグネシウムおよび炭酸カルシウムの析出を回避するために、かん水の最大温度および投入される熱の最大温度が制限されている。

給湿−脱湿（ｈｕｍｉｄｉｆｉｃａｔｉｏｎ−ｄｅｈｕｍｉｄｉｆｉｃａｔｉｏｎ）（ＨＤＨ）脱塩システムは、主要な構成要素として給湿装置および脱湿装置を含み、熱源およびかん水の間でエネルギーを伝達するための担体ガス（例えば、空気）が使用される。この技術の単純な形態は、給湿装置、脱湿装置および海水流を加熱するための加熱装置を含む。給湿装置においては、高温の海水が流入して乾燥空気と直接接触し、この空気は加熱および給湿された状態になる。脱湿装置においては、加熱および給湿された空気が低温の海水と（間接的に）接触することによって脱湿され、純粋な水および脱湿された空気が生成する。ＭＳＦおよびＭＥＤシステムと同様に、過度に高温になった場合に系内にスケール成分が析出する可能性があり、結果として損傷が起こる。

米国特許第８，１１９，００７Ｂ２号明細書（Ａ．Ｂａｊｐａｙｅｅら）に記載されている他の手法は方向性溶媒（ｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌ ｓｏｌｖｅｎｔ）を用いるものであり、水は方向性溶媒に対し、方向性を以て溶解するが、塩は溶解しない。方向性溶媒を加熱すると、塩溶液中の水が方向性溶媒中に溶解する。残存する高濃度の塩水を除去した後、方向性溶媒および水の溶液を冷却することによって実質的に純粋な水が溶液から分離する。

本発明者らのうちの数名は、ＨＤＨおよび他の水浄化プロセスに関するさらなる検討を含む次の特許出願の発明者としても記載されている：２００９年９月４日に出願された米国特許出願第１２／５５４，７２６号明細書（米国特許出願公開第２０１１／００５６８２２Ａ１号明細書として公開；弁理士整理番号ｍｉｔ−１３６０７）；２００９年１０月５日に出願された米国特許出願第１２／５７３，２２１号明細書（米国特許出願公開第２０１１００７９５０４Ａ１号明細書として公開；弁理士整理番号ｍｉｔ−１３６２２）；２０１１年２月１５日に出願された米国特許出願第１３／０２８，１７０号明細書（弁理士整理番号ｍｉｔ−１４２９５）；および２０１１年９月２３日に出願された米国特許出願１３／２４１，９０７号明細書（弁理士整理番号ｍｉｔ−１４８８９）；および２０１２年７月１６日に出願された米国特許出願第１３／５５０，０９４号明細書（弁理士整理番号ｍｉｔ−１５４１０）。

本明細書においては、脱塩および他のプロセスにおいてスケーリングを防止するための装置および方法について記載する。この装置および方法の様々な実施形態は、以下に記載する構成要素、特徴および工程の一部または全てを含むことができる。

本発明の方法の実施形態によれば、水性組成物から析出してスケーリングし得る陽イオンが、多座配位子を水性組成物に添加することによって封鎖される。多座配位子は、陽イオンと結合することにより非スケーリング性イオン性錯体を形成し、このイオン性錯体が存在するかまたは除去された水性組成物の少なくとも一部が、この水性組成物から実質的に純粋な水を製造することを含むプロセス（このプロセスは、イオン性錯体を形成していない陽イオンがスケーリングする条件下にある）に使用される。次いで、多座配位子が陽イオンを解放するように、イオン性錯体を含む水性組成物（または水性組成物の構成成分を含むかん水）のｐＨが降下され、次いで、陽イオンを解放した後の多座配位子は、大部分が閉じたループ内で再び使用される（このループでは、必ずしも全部ではないが、大部分の多座配位子がプロセスを実施するごとに再循環されて再使用される）。

本発明の装置の実施形態は、水性組成物の供給源を含み、この水性組成物は、該水性組成物から析出してスケーリングし得る少なくとも１種の陽イオンを含む。第１導管は、水性組成物を水性組成物供給源から脱塩システムに供給するように構成されており、第２導管は、水性組成物中で陽イオンと多座配位子を結合させて非スケーリング性イオン性錯体を形成するために、多座配位子を多座配位子供給源から第１導管に供給するように構成されている。ｐＨ降下装置がｐＨ降下剤の供給源に連結されており、低ｐＨで多座配位子から陽イオンを分離するように構成されている。さらに、第３導管は、水性組成物または水性組成物から生成したかん水中の非スケーリング性イオン性錯体をｐＨ降下装置に供給するように構成されている。

本明細書に記載する本発明の装置および方法は、そのままでは脱塩（様々な形態の廃水処理を含む）等の高温運転でスケーリングし得る陽イオンを封鎖することによって、運転効率を改善（例えば、回収率を向上）すると共に、装置の損傷を防ぐことができる。さらに、本発明の方法および装置は、高温におけるスケーリング（およびその結果として生じる損害）の畏れがなく、より高い温度で運転することができる。さらに、これらの方法は、脱塩前の原水をソーダ石灰で軟質化することによってスケーリングを低減する従前の技法と比較して、原水の前処理に要する費用を約１０分の１に抑えることができる。

図１は、Ｎａ_４ＥＤＴＡ多座配位子の分子を示す図である。 図２は、陽イオンを封鎖しているＮａ_４ＥＤＴＡ多座配位子分子を示す図である。 図３は、スケーリング防止脱塩のための装置の第１の実施形態を示す略図である。 図４は、スケーリング防止脱塩のための装置の第２の実施形態を示す略図である。 図５は、図３、４または６の装置に使用することができる高回収脱塩システムを示す略図である。 図６は、スケーリング防止脱塩のための装置の第３の実施形態を示す略図である。

添付の図面における異なる図全体を通して、類似の参照文字は同一または類似の部分を指し、アポストロフィは、同一の参照数字を共有する同一または類似の物品の複数の例を区別するために使用する。図面は必ずしも縮尺通りではなく、後述する特定の原理の説明を強調している。

本発明の広い範囲に包含される様々な概念および具体的な実施形態を以下により詳細に説明することによって、本発明の様々な態様の上述のおよび他の特徴および利点が明らかになるであろう。上の導入部分に記載し、後により詳細に述べる主題の様々な態様は、この主題が特定の実施方法に制限されない限り、多くの方法のいずれかで実施することができる。具体的な実施および適用の例は、主として説明を目的として示す。

本明細書において別段の定義、使用または特徴付けが行われていない限り、本明細書に用いる語（技術用語および科学用語を含む）は、当該技術分野の状況において理解されている意味と同じ意味を有するものと解釈すべきであり、また、本明細書において明示的に定義されていない限り、理想的にまたは過度に正式な意味に解釈すべきではない。例えば、特定の組成物を参照する場合、実際的および不完全な実情を当てはめることができ、この組成物は、完全に純粋なものでなくても、実質的に純粋なものであってもよい。例えば、少なくとも微量（例えば、１または２％未満（本明細書においては、百分率または濃度は重量または体積で表すことができる））の不純物が潜在的に存在することも本記載内容の範囲に包含されると理解することができ、同様に、特定の形状を参照する場合、この形状は、理想的な形状の不完全な（例えば、製造公差に起因する）変形形態を包含することを意図している。

第１の、第２の、第３の、等の語は、本明細書において様々な構成要素を説明するために使用することができるが、これらの構成要素はこれらの語に制限されない。これらの語は単に構成要素を互いに区別するために使用されるものである。したがって、後述する第１の構成要素は、例示的な実施形態の教示から逸脱することなく、第２の構成要素と称することができる。

本明細書においては、「上方に（ａｂｏｖｅ）」、「下方に（ｂｅｌｏｗ）」、「左方に（ｌｅｆｔ）」、「右方に（ｒｉｇｈｔ）」、「前方に（ｉｎ ｆｒｏｎｔ）」、「後方に（ｂｅｈｉｎｄ）」等の空間的関係を示す語を、図面による説明と同様に、ある構成要素と他の構成要素との位置関係の説明を容易にするために使用することができる。空間的関係を示す語は、図示された相対的配置と同様に、使用時または運転時の装置が、本明細書に記載した配置および図面に示した配置以外の異なる配置も包含することを意図していると理解されるであろう。例えば、図面の装置を裏返した場合に、他の構成要素または特徴の「下方に」または「真下に（ｂｅｎｅａｔｈ）」あると記載されている構成要素は、今度は、この他の構成要素または特徴の「上方に」配置されることになるであろう。したがって、「上方に」という語を例に挙げると、これは、上方および下方の両方の配置を包含することができる。本発明の装置は他の方向に向ける（例えば、９０°回転させるかまたは他の方向に向ける）こともでき、本明細書において用いる空間的関係を示す語はそのように解釈される。

さらに、本開示において、構成要素が他の構成要素に対し「上にある（ｏｎ）」「接続している（ｃｏｎｎｅｃｔｅｄ ｔｏ）」または「連結している（ｃｏｕｐｌｅｄ ｔｏ）」と称された場合、これは他の構成要素の上に直接接しているか、直接接続しているか、または直接連結していてもよいし、あるいは、特段の指定がない限り、他の構成要素が介在していてもよい。

本明細書において特定の実施形態を説明することを目的として使用される専門用語は、例示的な実施形態を制限することを意図するものではない。本明細書において用いられる単数形（「１の（ａ、ａｎ）」等）は、文脈上そうでないことが示されていない限り、複数形も包含することを意図している。さらに、「含む（ｉｎｃｌｕｄｅ、ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ、ｃｏｍｐｒｉｓｅ、ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」という語は、記載された構成要素または工程の存在を特定しているが、１または２以上の他の構成要素または工程の存在または追加を排除するものではない。

水性組成物（例えば、海水、汽水またはシェールガスもしくはシェールオイル採掘により生産される随伴水もしくはフローバック水）中に存在する様々なイオン（例えば、Ｃａ^２＋、Ｂａ^２＋、Ｓｒ^２＋、Ｍｇ^２＋等の陽イオン）は、例えば、炭酸イオンや硫酸イオンと一緒になると、スケール化合物を形成して析出する可能性がある。スケーリングは逆溶解性（すなわち、スケール化合物は高温になるほど溶解性が低くなる）を示すことから高温で起こる可能性があり、スケーリングのために水性組成物の処理が甘くなる可能性があり、および／またはスケーリングによって、装置の中で最も高価な部品になる傾向がある高温部品が閉塞または損傷する可能性がある。

本明細書に記載する方法によれば、これらのスケーリング性イオンは、イオン１４をエチレンジアミン四酢酸（Ｈ_４ＥＤＴＡ）等のキレート性多座配位子１２で捕捉して封鎖することによって析出を防ぐことができる。一実施形態において、多座配位子１２は、Ｎａ_４ＥＤＴＡの形態で提供することができ、これが溶液中でＥＤＴＡ^４−を形成する。図１にＨ_４ＥＤＴＡの分子構造を示す。Ｈ_４ＥＤＴＡの水素（Ｈ）原子が陽イオン１４の存在下に酸素（Ｏ）原子から解離し、Ｈ_４ＥＤＴＡにおいて水素原子に結合していた酸素原子は陽イオン１４と結合する。さらに、各窒素（Ｎ）原子上の非共有電子対も陽イオン１４と結合を形成し、陽イオン１４をそれぞれ直交する６方向から封鎖する。

このプロセスの化学反応は次のように表すことができる：
Ｎａ_４ＥＤＴＡ ＋ Ｃａ^２＋ → ＣａＥＤＴＡ^２− ＋ ４Ｎａ^＋
上式において、ＥＤＴＡは多座配位子（キレート）の役割を果たし、カルシウム（Ｃａ^２＋）はスケーリング性イオンである。カルシウムイオンの捕捉は、水性組成物中において４を超えるｐＨおよび実質的に１を超えるＫ_ｓを確立することで促進される。上に示したように、１モルのＥＤＴＡが１モルの２価金属または遷移金属イオンを捕捉する。具体的には、この場合は、カルシウムイオンをＣａＥＤＴＡ^２−として封鎖することにより捕捉するとスケールを形成しない。結果として生成した新たな錯体イオン（ＣａＥＤＴＡ^２−）の対応する温度下における溶解性は、塩化ナトリウム（ＮａＣｌ）さえも上回るほど高い。

多座配位子としては、安定度定数が高いＥＤＴＡを使用すると有利であるが、他の様々な配位子のいずれかを使用することもできる。これらの方法に用いることのできる配位子の例を、それぞれの安定度定数と共に次の表１に示す。

図３は、スケーリング防止脱塩用装置の第１の実施形態の概略図である。この実施形態においては、水性原料組成物は石油採掘またはガス採掘に由来する随伴水である。水性組成物は、タンクや開放された貯水プール等の供給源２２から高回収脱塩システム２８に第１導管１６を介して供給することができる。多座配位子１２は最初に、供給源２４から供給および補充され、第１導管１６に注入することができ、ここで、多座配位子１２は図２（図２では、簡素化のために水素結合を省略している）に示すように陽イオン１４を捕捉して非スケーリング性イオン性錯体１５を形成し、次いでこれらは随伴水と一緒に高回収脱塩システム２８に注入される。高回収脱塩システム２８には熱エネルギー４６も供給される。

図５に、高回収脱塩システム２８の実施形態の構成要素の概略図を示す。水性組成物２６（例えば、随伴水）が最初に、導管を介して逆浸透装置６２に供給され、ここから第１排出導管を介して第１排出淡水３２’が抽出される。次いで、残りのかん水組成物が、導管を介して機械的蒸気圧縮蒸留装置６４に供給され、ここから第２排出導管を介して第２排出淡水３２”が抽出される。次いで、残りのかん水組成物が、導管を介して晶析槽６６に供給され、ここから第３排出導管を介して第３排出淡水３２’’’が抽出される。晶析槽６６からは、（ａ）依然として多座配位子１２によってイオン性錯体１５の形態で封鎖されている陽イオン１４を含むかん水３４および（ｂ）（晶析した）排出固体３０（例えば、ＮａＣｌ、ＫＣｌ、Ｎａ_２ＳＯ_４、Ｎａ_２ＣＯ_３等）も排出される。別法として、またはこれに加えて、高回収蒸留システム２８は、多段フラッシュ蒸留（ＭＳＦ）、多重効用蒸留（ＭＥＤ）、抽出蒸留（ＥＤ）、膜蒸留（ＭＤ）、給湿／脱湿（ＨＤＨ）蒸留等を行うための装置を含むことができる。この方法において、これらの蒸留プロセスは、陽イオン１４が多座配位子１２に捕捉されていなければ陽イオン１４が水性組成物２６から析出していたであろう温度（例えば、少なくとも５０℃）で実施することができる。

図３に戻るが、（実質的に純粋な）淡水３２および固体３０を除去した後に高回収脱塩システム２８から得られる、イオン性錯体１５を含むかん水３４は、第３導管２０を介してｐＨ降下槽３６に供給され、ここで供給源３８から酸（例えば、塩酸、硫酸またはシュウ酸）を添加することによりかん水３４のｐＨを２未満に降下させることができる。シュウ酸が添加される特定の実施形態においては、ｐＨは約５（またはそれ未満）まで降下させるだけでよい。その理由は、シュウ酸は、イオン性錯体からＥＤＴＡを遊離させるよりも寧ろシュウ酸カルシウムの析出を誘発する可能性があるためである。このｐＨ降下により多座配位子１２が陽イオン１４から解離する。次いで、多座配位子１４は、残留している水性組成物と一緒に、再利用原料４２として第２導管１８を介して第１導管１６に戻り、ここに未処理の（ｉｎｉｔｉａｌ）水性組成物２６が供給される。その途中で、ＮａＯＨ等の中和用塩基を供給源４４から第２導管１８に注入することにより再利用原料４２のｐＨを中性付近まで上昇させると共に、追加（補充）用多座配位子１４を供給源２４から第２導管１８に注入することができる。

ｐＨ降下槽３６から排出された（多座配位子１２を組成物４２から除去した後の）かん水は、かん水から熱エネルギー４６を抜き出す（例えば、かん水の温度を２０℃未満に低下させる）冷却装置５４に供給される。次いで、かん水から抜き出された熱エネルギー４６は、熱伝導路を介して移送し、高回収脱塩システム２８に再び導入することができる。冷却装置５４でかん水を冷却することにより、かん水中のさらなる多座配位子１２（ｐＨ降下槽３６で解放されなかったもの）が陽イオン１４から分離する。さらに解放された多座配位子１２を含む組成物４２’を、冷却装置３６からの組成物４２の流れに注入することにより、さらに多量の多座配位子１２が再利用される。冷却装置５４はまた、解放されたイオン（例えば、Ｎａ、Ｃａ、Ｂａ、Ｓｒおよび／またはＭｇに加えてＣｌも）を含むかん水を貯留槽４０へ排出する。図４に、装置の第２の実施形態を例示するが、この装置は冷却装置５４を含まず、その中の組成物４２’のさらなる放出を行わない。

図６に、スケーリング防止脱塩用装置の第３の実施形態の概略図を示す。この実施形態においては、水性原料組成物２６は第１導管１６を介して限外濾過装置４８に供給され、限外濾過装置４８は、水性原料組成物２６が通過する１μｍ未満の細孔を有する膜を含むことができる。限外濾過装置４８は水性組成物２６からイオン性錯体１５を除去し、その後、水性組成物の残液５２が高回収脱塩システム２８に注入される。限外濾過装置４８により水性組成物２６から濾別されたイオン性錯体１５を含むかん水３４は第３導管２０を介してｐＨ降下槽３６に送られる。ｐＨ降下槽３６は、解放された陽イオンを含むかん水を貯留槽５０へと排出すると共に、多座配位子１２を含む組成物４２を、第２導管１８を介して水性原料組成物２６に再び注入する。したがって、本実施形態は、非スケーリング性イオン性錯体１５が高回収脱塩システム２８に到達する前に水性原料組成物１６から除去される点が、第１および第２実施形態（図３および４に示す）とは異なる。

本発明の実施形態を説明する際は、明瞭化のために特定の専門用語を使用する。説明を目的として、特定の語には、類似の結果を達成する類似の方法において作用する技術的および機能的均等物が少なくとも包含されることが意図されている。さらに、本発明の具体的な実施形態が複数のシステム構成要素または方法の複数の工程を含む一部の例においては、これらの構成要素または工程を単一の構成要素または工程に置き換えることができ、同様に、単一の構成要素または工程を同じ目的を果たす複数の構成要素または工程に置き換えることができる。さらに、本発明の実施形態に関し、本明細書において様々な特性のパラメータまたは様々な値を特定するが、これらのパラメータまたは値は、特段の指定がない限り、１００分の１、５０分の１、２０分の１、１０分の１、５分の１、３分の１、２分の１、３分の２、４分の３、５分の４、１０分の９、２０分の１９、５０分の４９、１００分の９９等（または１、２、３、４、５、６、８、１０、２０、５０、１００倍等）の増減幅で調整することができ、またはその近似値に丸めることができる。さらに、本発明をその特定の実施形態を参照しながら示し、説明してきたが、当業者は、本発明の範囲を逸脱することなく形式および詳細における様々な置換および代替が可能であることを理解するであろう。さらに、他の態様、機能および利点も本発明の範囲に包含されるが、本発明の全ての実施形態が必ずしも全ての利点を達成する必要はなく、あるいは必ずしも全ての上述の特徴を有する必要もない。さらに、本明細書に述べる一つの実施形態に関連する工程、構成要素および特徴は、同様に、他の実施形態と併せて用いることもできる。本文全体を通して引用された参考文献（参考文献の本文、雑誌の記事、特許、特許出願等を含む）の内容全体を本明細書の一部を構成するものとしてここに援用するが、これらの参考文献からの適切な構成要件、工程および特徴付けは本発明の実施形態に含まれていても含まれていなくてもよい。さらに、背景項において特定した構成要件および工程は本開示内容に不可欠であり、本開示内容の他の箇所に記載されている構成要件および工程と併せて、またはこれらに替えて、本発明の範囲内で用いることができる。複数の段階が特定の順序で（参照を容易にするために先頭に順序記号を付記するかまたは付記せずに）記述されている方法クレームにおいては、この複数の段階は、特段の指定がない限り、または用語および言い回しによって示唆されていない限り、記述された順序に時間的に制限されると解釈すべきではない。

Claims (17)

1. 水性組成物から析出し得る陽イオンを封鎖するための方法において：
   水性組成物から析出してスケーリングし得る１価イオンおよび少なくとも１種の溶解した２価陽イオンを含む前記水性組成物に多座配位子を添加する工程と；次いで
   前記多座配位子が前記溶解した２価陽イオンと結合して非スケーリング性イオン性錯体を形成できるようにする工程と；次いで
   かん水中の前記水性非スケーリング性イオン性錯体を保持し、かつ、水および１価イオンを含む前記水性組成物の残液を通過させる膜で、前記水性組成物から前記水性非スケーリング性イオン性錯体を濾過する工程と；
   前記２価陽イオンを前記多座配位子から解放するために、前記濾過したかん水のｐＨを低下する工程と；
   前記陽イオンを解放した後、大部分が閉じたループにおいてさらなる非スケーリング性イオン性錯体を形成するために、前記多座配位子をさらなる水性組成物に再び導入する工程と；
   を含むことを特徴とする、方法。
2. 請求項１に記載の方法において、前記溶解した２価陽イオンが、カルシウム、バリウム、ストロンチウムおよびマグネシウムの少なくとも１種を含むことを特徴とする方法。
3. 請求項１に記載の方法において、前記水性組成物が石油採掘またはガス採掘に由来するフローバック水または随伴水を含むことを特徴とする方法。
4. 請求項１に記載の方法において、前記水性組成物が海水および汽水の少なくとも１種を含むことを特徴とする方法。
5. 請求項１に記載の方法において、前記水性組成物が廃水を含むことを特徴とする方法。
6. 請求項１に記載の方法において、前記多座配位子から前記スケール成分を解放するために、酸を添加することによって前記濾過したかん水のｐＨを低下することを特徴とする方法。
7. 請求項１に記載の方法において、前記非スケーリング性イオン性錯体を含む前記かん水から浄化水を分離する工程をさらに含むことを特徴とする方法。
8. 請求項１に記載の方法において、逆浸透、多段フラッシュ蒸留、多重効用蒸留、機械的蒸気再圧縮、電気透析、膜蒸留、直接溶媒抽出および給湿−脱湿から少なくとも１種選択される脱塩プロセスを介して、浄化水を前記水性組成物の他の構成成分から分離する工程をさらに含むことを特徴とする方法。
9. 請求項１に記載の方法において、前記溶解した２価陽イオンが前記水性組成物の残液の中で非結合型で残っているのであれば、前記溶解した２価陽イオンが前記水性組成物から析出するであろう温度まで前記水性組成物の残液を加熱する工程をさらに含むことを特徴とする方法。
10. 請求項９に記載の方法において、前記水性組成物の残液が少なくとも５０℃の温度まで加熱されることを特徴とする方法。
11. 請求項１に記載の方法において、前記１価イオンが、ＮａＣｌ、ＫＣｌ、Ｎａ_２ＳＯ_４およびＮａ_２ＣＯ_３から選択される、少なくとも１種の溶解した構成成分を含むことを特徴とする方法。
12. 請求項１に記載の方法において、イオン性錯体を含むかん水のｐＨが、前記かん水に酸を添加することによって低下し；前記多座配位子が解放されて除去された後の前記かん水に前記酸を中和する塩基を添加する工程をさらに含むことを特徴とする方法。
13. 請求項１に記載の方法において、前記ｐＨ低下後に、前記陽イオンから解放される多座配位子の量を増加するために前記イオン性錯体を含む前記かん水を２０℃未満に冷却することを特徴とする方法。
14. 請求項１に記載の方法において、前記多座配位子がエチレンジアミン四酢酸イオンを含むことを特徴とする方法。
15. スケーリング防止脱塩用装置において：
    水性組成物から析出してスケーリングし得る１価イオンおよび少なくとも１種の溶解した２価陽イオンを含む前記水性組成物の供給源と；
    脱塩システムと；
    前記水性組成物供給源から前記水性組成物を前記脱塩システムに供給するように構成された第１導管と；
    多座配位子の供給源と；
    前記水性組成物中で前記多座配位子を２価陽イオンと結合させて非スケーリング性イオン性錯体を形成するために前記多座配位子供給源から前記多座配位子を前記第１導管に供給するように構成された第２導管と；
    前記第１導管と連結し、前記非スケーリング性イオン性錯体を有する前記水性組成物を受けるように構成された濾過装置であって、前記濾過装置が前記水性組成物の残液を通過させるサイズの細孔を有する膜を含み、前記脱塩システムが前記濾過装置から前記水性組成物の残液を受けるように構成された濾過装置と；
    ｐＨ降下剤の供給源に連結されており、前記２価陽イオンを前記多座配位子から分離するように構成されているｐＨ降下装置と；
    前記濾過装置から前記非スケーリング性イオン性錯体を前記ｐＨ降下装置に供給するように構成された第３導管と；
    を含むことを特徴とする装置。
16. 請求項１５に記載の装置において、前記第２導管が、前記ｐＨ降下装置から前記多座配位子を前記第１導管に供給するように構成されていることを特徴とする装置。
17. 請求項１６に記載の装置において、前記限外濾過装置が、前記第１導管に連結され、前記水性組成物が前記脱塩システムに供給される前に前記水性組成物の残液から前記非スケーリング性錯体を分離するように構成されていることを特徴とする装置。
    

Images