KR20190115076A - 수질 정화를 위한 염소화 보조 응고 방법 - Google Patents

Abstract

염소화 보조 응고 방법 및 시스템은 석유 생산 작업에 의해 생성된 생산수와 같은 수성 조성물 및 스트림으로부터 유기 및 무기 오염물을 제거하기 위해 개시된다. 염소화 보조 응고 방법은 혐기 조건 하에 수성 조성물의 적어도 일부를 통해 전류를 통과시킴으로써 수성 조성물에서 염화물 이온의 적어도 일부를 차아염소산염 이온 또는 차아염소산으로 전환시키는 단계를 포함하며, 상기 수성 조성물은 염화물 이온, 철 (II) 화합물, 및 하나 이상의 유기 화합물을 포함한다. 염소화 보조 응고 방법은 수성 조성물의 철 (II) 화합물의 적어도 일부를 차아염소산염 또는 차아염소산과 반응시켜 철 (Ⅲ) 이온을 생성하는 단계, 그리고 하나 이상의 유기 화합물을 철 (III) 이온으로 응고시켜 처리된 수성 조성물에서 복수의 불용성 고체 입자를 생성하는 단계를 추가로 포함한다.

Description

수질 정화를 위한 염소화 보조 응고 방법

관련 출원에 대한 상호 참조 사항

본 출원은 2017 년 2 월 16 일자로 출원된 미국 가출원 제 62/459,733 호 및 2017 년 10 월 24 일자로 출원된 미국 비-가출원 제 15/791,731에 우선권을 주장한다. 미국 가출원 제 62/459,733 호 및 미국 비-가출원 제 15/791,731 호의 전체 내용은 본 개시내용에서 참고로 편입된다.

기술분야

본 명세서는 일반적으로 수성 스트림을 정제하기 위한 처리 방법, 특히 석유 생산 또는 정제 작업으로부터 수성 스트림을 처리하기 위한 염소화 보조 응고 방법에 관한 것이다.

석유 시추, 생산, 및/또는 정제는 오일, 페놀 화합물 및 기타 유기 및 무기 오염물과 같은 유기 화합물을 함유하는 예를 들어 생산수와 같은 다양한 수성 스트림을 생산할 수 있다. 이들 수성 스트림으로부터 물이 시추 작업 및 정제 공정에서 재사용될 수 있거나 하류 처리 공정으로 보내질 수 있기 전에 이러한 유기 및 무기 오염물 중 다수는 수성 스트림으로부터 제거되어야 한다. 다양한 수처리 시스템이 석유 시추, 생산 또는 정제 작업에서 생산된 수성 스트림으로부터 이러한 유기 및 무기 오염물을 제거하는데 이용가능하다. 그러나, 종래의 처리 시스템은 석유 시추 및 가공 환경에서 사용하기에 적합하지 않을 수 있다.

지하 층에서 시추 작업 및 원유의 추출과 같은 석유 생산 공정 중에, 물은 지하 층으로부터 또한 추출될 수 있다. 지하 층에서 추출된 이 물은 석유 산업에서 "생산수" (PW)로 알려져 있다. 이 생산수는 유기 및 무기 화합물에 의해 오염될 수 있으며, 이러한 유기 및 무기 오염물은 일반적으로 물 재사용을 위한 산업 표준을 충족시키기 위해 물에서 제거되어야 한다. 예를 들어, 유기 및 무기 오염물은 생산수에서 제거되어야만 지하 층으로 다시 주입될 수 있거나 달리 재사용될 수 있다.

물에서 오염물을 제거하기 위한 종래의 처리 방법은 응고 방법을 포함한다. 전형적인 응고 방법에서, 응고제는, 황산철 (III) 또는 황산알루미늄 (III)과 같이, 물에 첨가되어 유기 및 무기 오염물을 여과하거나 물과 분리될 수 있는 불용성 고체로 응고시킨다. 그러나, 종래의 응고제가 사용되는 경우, 황산 이온은 일반적으로 처리수 속에 남아있게 된다. 지층 속에 다시 주입된 경우, 이 황산 이온은 바륨, 칼슘, 스트론튬 이온, 또는 다른 금속 이온과 불용성 염을 형성하며, 이러한 불용성 염은 지층내 암석에서 점점 커져서 기공을 막을 수 있다. 따라서, 종래의 금속 황산염 응고제를 사용하여 생산수를 처리하면, 처리수가 다시 지층에 주입될 때 지하 층에서 흐름 제한을 야기시킬 수 있고, 이로써 지층으로부터 석유 생산 속도를 감소시킬 수 있다.

전기응고 방법은 또한 생산수를 처리하는데 사용될 수 있다. 전형적인 전기응고 방법은, 음극에서, 가연성 가스인 수소의 형성을 방지하기 위해 호기성 조건 하에서 작동된다. 부가적으로, 종래의 전기응고 방법에서, 희생 철 또는 알루미늄 전극은 철 (III) 또는 알루미늄 (III) 종으로 산화되고, 이들은 그 다음 유기 및 무기 오염물의 응고를 유도한다. 호기성 조건 하에 산소 존재 하에서, 철 또는 알루미늄 전극의 철 (III) 또는 알루미늄 (III)으로의 산화 반응은, 열 또는 전위와 같은, 보충 에너지의 시스템으로의 도입 없이 빠르게 발생하는 자발적 반응이다. 전형적인 전기응고 방법에서, 산소 가스, 오존, 과산화수소, 또는 예를 들어 이들의 조합, 또는 다른 산화제와 같은 산소 공급원은 오염수 스트림에 도입되어 소모성 철 또는 알루미늄 전극의 산화를 촉진시킨다.

그러나 석유 생산 또는 가공 시설에서 생산수를 처리하기 위해 산소 또는 산소 생산 화합물을 첨가하는 것은 비용이 많이 들며 위험하다. 전형적인 석유 생산 공장은 최대 150,000 배럴/일 (MPD)의 생산수를 생성할 수 있다. 종래의 전기응고 방법으로 생산수를 150 MPD 처리하면 상당한 양의 산소가 소모되어, 상당한 재료 비용이 소요된다. 희생 전극은 또한 자주 교체되어야 하며, 이는 전기응고 방법의 작업 비용을 크게 증가시킬 수 있다. 부가적으로, 오일 및 가스 생산 및 가공 시설은 폭발성 환경으로 분류되며, 이러한 폭발성 환경에서, 산화제, 특히 산소 가스, 오존 또는 과산화물의 생산 또는 저장은 원치 않는 화재 또는 폭발 원인을 초래할 수 있으며 재산 및 인원과 관련된 화재 관련 피해의 위험을 대폭 증가시킬 수 있다. 또한, 처리된 생산수에서 잔류 용존 산소는 물 재순환 및 재사용 응용, 예컨대 부식 증가 예를 들어, 또는 저장 층에 재주입을 위한 용인할 수 없는 물 사양에 문제를 야기시킬 수 있다. 처리수에 남아 있는 용존 산소는 산소 제거제 역할을 하는 화학물질이 처리된 생산수에 첨가되어 다운홀 층으로 다시 주입하기에 적합해지는 것을 요구한다.

따라서, 탄화수소 가공 설비에서 작동하는 것이 보다 안전하고 산화제 및 응고제와 같이 훨씬 적은 양의 처리 화학물질을 첨가할 필요가 있는 처리 공정에 대한 필요성이 존재한다. 본 개시내용의 염소화 보조 응고 방법 및 시스템은, 생산수의 현존하는 화학, 특히 상당한 농도의 용해된 철 (II) 이온 및 고 염분 (즉, 고농도의 염화물 이온)의 존재를 이용하여, 생산수에서 유기 및 무기 화합물을 응고 및 제거한다. 염소화 보조 응고 방법 및 시스템은 혐기성 조건 하에 수행된 응고 방법을 이용한다. 부가적으로, 응고 방법은 (즉, 생산수의 자연 염분으로부터) 염화물 이온이 생산수를 통해 전류를 통과시킴으로써 차아염소산염 (ClO^-) 또는 차아염소산 (HClO)로 전환되는 염소화 단계를 포함한다. 생산수에서 철 (II) 이온은 그 다음 차아염소산염 또는 차아염소산 (III)에 의해 산화되고, 그 다음 유기 및 무기 오염물과 복합체를 형성하여 오염물을 불용성 고체로 응고시킨다. 본원에 개시된 염소화 보조 응고 방법 및 시스템은 탄화수소 가공 설비에서 작동하는 것이 보다 안전하며 처리 중 생산수에 다량의 화학물질을 첨가할 필요가 없다.

일 구현예에 따르면, 수성 조성물을 처리하기 위한 방법으로서, 상기 방법은 혐기성 조건 하에 수성 조성물의 적어도 일부에 전류를 통과시킴으로써 수성 조성물에서 염화물 이온의 적어도 일부를 차아염소산염 이온 또는 차아염소산으로 전환시키는 단계를 포함하고, 상기 수성 조성물은 염화물 이온, 철 (II) 화합물, 및 하나 이상의 유기 화합물을 포함한다. 상기 방법은 수성 조성물의 철 (II) 화합물의 적어도 일부를 차아염소산염 또는 차아염소산과 반응시켜 철 (III) 이온을 생산하는 단계, 그리고 하나 이상의 유기 화합물을 철 (III) 이온으로 응고시켜 처리된 수성 조성물에서 복수의 불용성 고체 입자를 생산하는 단계를 추가로 포함할 수 있다.

또 다른 구현예에 따라, 수성 조성물로부터 유기 화합물을 제거하기 위한 방법은 수성 조성물의 적어도 일부를 전기-염소화 구역에 도입시키는 단계를 포함할 수 있으며, 상기 수성 조성물은 적어도 염화물 이온, 철 (II) 화합물, 및 하나 이상의 유기 화합물을 포함한다. 상기 방법은 전기-염소화 구역에서 혐기성 조건 하에 수성 조성물을 통해 전류를 통과시킴으로써 수성 조성물에서 염화물 이온의 적어도 일부를 차아염소산염 또는 차아염소산으로 전환시키는 단계를 추가로 포함할 수 있다. 상기 방법은 전기-염소화 구역에서 또는 응고 구역에서 수성 조성물 중의 철 (II) 화합물의 적어도 일부를 차아염소산염 또는 차아염소산으로 산화시켜 철 (III) 이온을 생산하는 단계, 그리고 응고 영역에서 철 (III) 이온과 하나 이상의 유기 화합물을 응고시켜 수성 조성물에서 복수의 불용성 고체 입자를 생산하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 방법은 수성 조성물로부터 불용성 고체 입자의 적어도 일부를 분리시켜, 이로써 수성 조성물로부터 유기 화합물의 적어도 일부를 제거하는 단계를 추가로 포함할 수 있다.

더욱 또 다른 구현예에 따라, 수성 조성물을 처리하기 위한 시스템은 용기 및 용기 내에 배치된 복수의 전극을 포함하는 전기-염소화 시스템을 포함할 수 있다. 전기-염소화 시스템은 복수의 전극이 있는 용기에 배치된 수성 조성물을 통해 전류를 통과시킴으로써 수성 조성물에서 염화물 이온의 적어도 일부를 차아염소산염 또는 차아염소산으로 전환시키도록 작동할 수 있다. 전극은 지르코늄, 몰리브덴, 금, 은, 탄탈, 텅스텐, 크롬, 탄소, 황, 규소, 또는 이들 물질의 산화물 중 하나 이상을 포함하는 외부 표면을 갖는 비-희생 전극을 각각 포함할 수 있으며, 복수의 전극은 용기 내에 배치된 수성 조성물을 통해 1.5 V 초과 전류 전위로 전류를 통과시키도록 작동할 수 있다. 상기 시스템은 또한 전기-염소화 시스템의 하류에 있는 응고 용기를 포함할 수 있다.

일부 구현예에서, 시스템은 전기-염소화 용기에서 또는 전기-염소화 용기의 하류에서 위치된 특성 센서를 추가로 포함할 수 있다. 일부 구현예에서, 시스템은 수성 조성물의 적어도 일부를 전기-염소화 시스템 주위에 그리고 직접 응고 용기에 통과시키도록 작동가능한 바이패스 라인을 포함할 수 있다. 시스템은 바이패스 라인에 배치된 제어 밸브를 포함할 수 있으며, 여기서 제어 밸브는 전기-염소화 용기에서 또는 전기-염소화 용기의 하류에서 배치된 특성 센서로부터 피드백에 응답하여 상기 전기-염소화 용기에 수성 조성물의 일부의 유속을 제어하도록 작동할 수 있다.

기재된 구현예의 추가의 특징 및 장점은 하기의 상세한 설명에서 제시될 것이며, 부분적으로 이 설명으로부터 본 기술분야의 당업자에게 용이하게 자명할 것이거나, 하기의 상세한 설명, 청구항, 뿐만 아니라 첨부된 도면을 포함하는, 기재된 구현예를 실시함으로써 인식될 것이다.

본 개시내용의 특정 구현예들의 하기 상세한 설명은 하기의 도면과 함께 판독할 때 가장 잘 이해될 수 있으며, 여기에서 동일한 구조는 동일한 참조번호로 표시되어 있고:
도 1은, 본 개시내용의 하나 이상의 구현예에 따른, 염소화 보조 응고 시스템을 개략적으로 도시하고;
도 2는, 본 개시내용의 하나 이상의 구현예에 따른, 염화물 및 철에 대한 풀베이 도면을 개략적으로 도시하고;
도 3은, 본 개시내용의 하나 이상의 구현예에 따른, 도 1의 염소화 보조 응고 시스템에서 유기 화합물의 응고 및 응집을 개략적으로 도시하고;
도 4는, 본 개시내용의 하나 이상의 구현예에 따른, 염소화 보조 응고 시스템의 또 다른 구현예를 개략적으로 도시하고;
도 5는, 본 개시내용의 하나 이상의 구현예에 따른, 염소화 보조 응고 시스템의 더욱 또 다른 구현예를 개략적으로 도시하고;
도 6은, 본 개시내용의 하나 이상의 구현예에 따른, 염소화 보조 응고 시스템의 더욱더 또 다른 구현예를 개략적으로 도시하고;
도 7은, 본 개시내용의 하나 이상의 구현예에 따른, 염소화 보조 응고 방법의 성능을 평가하기 위한 실험실 장치를 개략적으로 도시하고;
도 8은, 본 개시내용의 하나 이상의 구현예에 따른, 도 7의 실험실 장치를 이용하여 염소화 보조 응고 방법을 수행하는데 사용된 종래의 전극의 사진이고;
도 9는, 도 7의 실험실 장치를 사용하여 염소화 보조 응고 방법을 수행하는데 사용된, 본 개시내용의 하나 이상의 구현예에 따른, 비-희생 탄탈 전극의 사진이고; 그리고
도 10은, 본 개시내용의 하나 이상의 구현예에 따른, 도 6의 염소화 보조 응고 방법의 전극 회전 시스템을 개략적으로 도시한다.
단순화된 개략도의 설명 그리고 도 1 및 4-6의 도시를 위해, 특정 화학적 가공 작업의 기술 분야에서 당업자에게 채용될 수 있고 널리 공지될 수 있는 복수의 밸브, 온도 센서, 전자 제어기 등은 포함되지 않는다. 또한, 전형적인 화학 가공 작업, 가스 공급 시스템, 전기 시스템, 펌프, 압축기, 교반 시스템, 믹서, 또는 다른 서브시스템에서 종종 포함되는 부속 구성요소는 묘사되지 않을 수 있다. 이들 구성요소가 개시된 본 구현예들의 사상과 범위 내인 것이 이해되어야 한다. 그러나, 가동상의 구성요소, 예컨대 본 개시내용에 기재된 것은, 이 개시내용에 기재된 구현예들에 추가될 수 있다.
도면에서 화살표는 공정 스트림을 지칭한다. 그러나, 화살표는 2개 이상의 시스템 구성요소 사이에서 공정 스트림을 이송하는 역할을 할 수 있는 이송 라인을 등가적으로 지칭할 수 있다. 부가적으로, 시스템 구성요소에 연결하는 화살표는 각 주어진 시스템 구성요소의 유입구 또는 배출구를 정의할 수 있다. 화살표 방향은 일반적으로 화살표가 나타내는 물리적 이송 라인 이내 포함된 스트림의 물질들의 주 이동방향에 해당한다. 또한, 2개 이상의 시스템 구성요소를 연결하지 않는 화살표는 도시된 시스템을 빠져나가는 생성물 스트림 또는 도시된 시스템에 들어가는 시스템 유입구 스트림을 나타낼 수 있다. 생성물 스트림은 부속 화학 가공 시스템에서 추가로 가공될 수 있거나, 또는 최종 제품으로서 판매될 수 있다.
부가적으로, 도면에서 화살표는 하나의 시스템 구성요소로부터 또 다른 시스템 구성요소로 스트림을 이송하는 공정 단계를 개략적으로 도시할 수 있다. 예를 들어, 하나의 시스템 구성요소로부터 또 다른 시스템 구성요소로 향하는 화살표는, 하나의 시스템 구성요소로부터 "배출하는" 또는 "제거"되는 공정 스트림의 내용물을 포함할 수 있는, 시스템 부품 구성요소 유출물을 또 다른 시스템 구성요소로 "통과시키는 단계" 그리고 그 생성물 스트림의 내용물을 또 다른 시스템 구성요소로 "도입하는 단계"를 나타낼 수 있다.
도 1, 4, 5, 및 6의 개략적인 흐름도에서 2개 이상의 라인이 교차할 때 2개 이상의 공정 스트림이 "혼합" 또는 "배합"된다는 것이 이해되어야 한다. 혼합 또는 배합은 또한 두 스트림을 동일한 시스템 구성요소, 예컨대 용기, 반응기, 분리기, 또는 다른 시스템 구성요소에 직접 도입함으로써 혼합하는 것을 포함할 수 있다. 예를 들어, 2개의 스트림이 시스템 구성요소로 들어가기 전에 직접 배합된 것으로 도시되는 경우, 스트림이 시스템 구성요소로 균등하게 도입될 수 있고 시스템 구성요소에서 혼합될 수 있음이 이해되어야 한다.
이제, 다양한 구현예에 대해 보다 상세하게 언급할 것이며, 이들 구현예 중 일부는 첨부 도면에 도시되어 있다. 가능한 한, 도면 전체에 걸쳐 동일하거나 유사한 부분들을 나타내기 위해 동일한 도면 숫자가 사용될 것이다.

생산수 및 석유 생산 또는 석유 정제 공정으로부터 생산된 다른 수성 조성물 또는 스트림으로부터 유기 및 무기 오염물을 제거하기 위한 방법 및 시스템이 개시된다. 도 1을 참조하면, 염소화 보조 응고 방법을 수행하기 위한 염소화 보조 응고 시스템 (100)의 일 구현예가 도시된다. 염소화 보조 응고 시스템 (100)은 전기-염소화 시스템 (104), 응고 시스템 (106), 및 분리 시스템 (108)을 포함할 수 있다. 염소화 보조 응고 방법은 염소화 보조 응고 시스템 (100)을 사용하여 생산수 또는 다른 수성 스트림으로부터 유기 및 무기 오염물을 제거하기 위해 수행될 수 있다. 염소화 보조 응고 방법은 혐기성 조건 하에 수성 조성물의 적어도 일부를 통해 전류를 통과시킴으로써 수성 조성물에서 염화물 이온의 적어도 일부를 차아염소산염 이온 또는 차아염소산으로 전환시키는 단계를 포함할 수 있다. 수성 조성물은 염화물 이온, 철 (II) 화합물, 및 하나 이상의 유기 화합물을 포함할 수 있다. 수성 조성물은 생산수일 수 있다. 염소화 보조 응고 방법은 또한 수성 조성물의 철 (II) 화합물의 적어도 일부를 차아염소산염 또는 차아염소산과 반응시켜 철 (III) 이온을 생산하는 단계, 그리고 하나 이상의 유기 화합물을 철 (III) 이온으로 응고시켜 처리된 수성 조성물에서 복수의 불용성 고체 입자를 생산하는 단계를 포함할 수 있다.

염소화 보조 응고 방법은 수성 조성물로부터 유적, 천연 가스, 용해된 유기 화합물, 또는 이들의 조합과 같은 유기 화합물을 제거할 수 있다. 전기-염소화 공정에 의해 형성된 강한 산화제는 환경적으로 유해한 유기 화합물, 예컨대 페놀과 반응하여, 이들 유해한 유기 화합물을 보다 환경 친화적인 화합물로 분해시킬 수 있다. 혐기성 조건 하에 전기-염소화 및 응고를 수행함으로써, 염소화 보조 응고 방법은, 폭발성 환경으로 분류될 수 있는, 탄화수소 가공 시설에서 작동하는데 더 안전할 수 있으며, 종래의 처리 공정과 비교하여 산화제 및 응고제와 같은 처리 화학물질을 훨씬 더 적은 양으로 첨가하는 것이 필요할 수 있다.

염소화 보조 응고 방법의 혐기성 작동은 또한 수성 조성물을 통해 통과된 전류의 제어를 통해 시스템에서 산화제의 농도를 제어함으로써 황산염의 형성을 방지할 수 있다. 염소화 보조 응고 방법의 혐기성 작동은 처리된 수성 조성물에서 응고된 고체의 부유 분리를 돕기 위해 또는 혼합을 제공하기 위해 이용될 수 있는 수소 가스 (H₂)의 생성을 초래할 수 있다. 부가적으로, 염소화 보조 응고 방법은 석유 생산 또는 정제 공정의 작동 온도 및 압력에서 수행될 수 있다. 염소화 보조 응고 방법은 또한 H₂S의 초기 고 농도를 갖는 신미 생산수로부터 황화수소 (H₂S)를 제거할 수 있다. 염소화 보조 응고 방법의 이들 및 다른 장점 및 이점은 본 개시내용에서 후속적으로 논의될 것이다.

본 개시내용에서 사용된 바와 같이, 용어 "호기성"은 산소 (O₂), 오존 (O₃), 과산화수소 (H₂O₂), 다른 과산화물, 기타 산소 발생 화합물, 또는 이들의 조합의 존재하에 하나 이상의 반응을 수행하는 것을 지칭한다. 용어 "호기성"은 반응물로서 산소, 오존, 과산화물, 기타 산소 발생 화합물, 또는 이들의 조합의 사용; 반응 생성물로서의 산소, 오존, 또는 과산화물의 생성; 또는 산소, 오존, 과산화물, 다른 산소 생성 화합물, 또는 이들의 조합의 존재하에 반응 수행을 포함할 수 있다.

본 개시내용에서 사용된 바와 같이, 용어 "혐기성"은 산소가 없는 환경에서 하나 이상의 반응을 수행하는 것을 지칭한다. 용어 "산소가 없는"은 20 ppb (parts per billion) 부피 용존 산소 미만을 갖는 환경을 지칭한다. 20 ppb 부피 초과의 용존 산소량을 갖는 수용액 또는 환경은 더 이상 혐기성 조건 하에서 주로 작동하지 않는다.

본 개시내용에서 사용된 바와 같이, 용어 "현장"은, 수성 조성물에, 하나 이상의 화합물, 예컨대 반응물, 촉매 또는 기타 화합물의 첨가 없이 하나 이상의 반응 생성물을 생산하기 위해 원래의 상태로 수성 조성물의 하나 이상의 성분을 반응시키는 것을 지칭한다. 환언하면, 반응을 수행하는 것과 관련된 모든 화합물은 처리되는 수성 조성물에 고유한 것이다. "현장"은 라틴어 구 현장 대신 본 개시내용에서 활용된다.

본 개시내용에서 사용된 바와 같이, 용어 "생산수"는 가스 및 오일 분리 공장 (GOSP) 또는 기타 석유 가공 시설에서 생산수 스트림 및/또는 석유 또는 천연 가스 생산 중에 생산정에 의해 지하 층에서 추출되는 물을 지칭한다. 지하의 오일 및 가스 매장량은 종종 오일 및 가스와 함께 상당량의 물을 포함할 수 있다. 가스 및 오일 추출 중에, 이 물은 또한 가스 또는 오일과 함께 부산물로서 추출되고 이어서 가스 또는 오일로부터 분리된다. 가스 및 오일로부터 분리된 이 물은 생산수로서 지칭될 수 있다. 그러나, 생산수는 또한 지하 층에서 자연적으로 발생하는 물, 지하 층에서 오일 및 가스를 생산정을 향해 강제시키기 위해 지하 층에 주입된 물, 지하 층에서 추출된 다른 물, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 앞서 논의된 바와 같이, 생산수는 또한 GOSP 및 석유 가공 시설과 같은 석유 작업에서 나오는 물 스트림을 포함할 수 있다. 생산수는 또한, 원유 탈염에 사용된 담수, 다른 석유 가공 시설에서 생성된 산업 폐수, 소방용 수 저장 장치에서 나오는 물, 다른 물 스트림 또는 이들의 조합과 같은, 물의 하나 이상의 다른 스트림 그리고 지하 층에서 추출된 물의 혼합물을 포함할 수 있다.

본 개시내용에서 사용된 바와 같이, 용어 "신미 생산수"는 고 농도의 황화수소를 갖는 생산수를 지칭한다. "신미 생산수"에서 황화수소의 고 농도는 GOSP에서 생산수로부터 분리된 상응하는 생산된 가스 스트림에서 존재하는 황화수소 농도를 특징으로 할 수 있다. "신미 생산수"의 경우, 상응하는 생산된 가스 스트림은 5 부피 퍼센트 (vol.%) 내지 20 vol.% 범위에서 황화수소 함량을 가질 수 있다.

본 개시내용에서 사용된 바와 같이, 용어 "감미 생산수"는 저 농도의 황화수소를 갖는 생산수를 지칭한다. "감미 생산수"에서 저 농도의 황화수소는 GOSP에서 생산수로부터 분리된 상응하는 생산된 가스 스트림의 황화수소 함량을 특징으로 할 수 있다. "감미 생산수"의 경우, 상응하는 생산된 가스 스트림은 5 부피 퍼센트 (vol.%) 미만의 황화수소 함량을 가질 수 있다.

생산수는 유기 화합물, 예컨대 유리 오일 및 탄화수소 가스, 용해된 탄화수소, 다른 용해된 유기 화합물, 예컨대 페놀 화합물, 유기 산, 알콜 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 일부 구현예에서, 유입되는 생산수는 생산수의 총 부피를 기준으로 0.1 부피 % (vol.%) 초과 오일 함량을 가질 수 있다. 일부 구현예에서, 생산수는 1 부피 % 초과 또는 최대 오일 함량을 가질 수 있다. 생산수는 또한 용해된 광물, 금속 및 음이온 종과 같은 무기 오염물을 포함할 수 있다. 생산수에서 존재할 수 있는 무기 오염물은, 비제한적으로, 알루미늄, 칼슘, 마그네슘, 비소, 카드뮴, 크롬, 구리, 철, 납, 망간, 니켈, 칼륨, 나트륨, 셀레늄, 아연, 바륨, 리튬, 황, 스트론튬, 티타늄, 바나듐, 다른 금속 또는 무기 오염물, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 이들 유기 및 무기 오염물은 물 재사용 또는 지하 층으로의 재주입에 대한 산업 표준을 충족시키기 위해 생산수에서 제거되어야 한다.

앞서 논의된 바와 같이, 생산수는 다양한 철 (II) 종의 형태로 토종 철을 포함할 수 있다. 생산수는 100 밀리그램/리터 (㎎/L) 이하의 철 (II)를 가질 수 있다. 예를 들어, 일부 구현예에서, 생산수는 80 mg/L 이하 철 (II), 50 mg/L 이하 철 (II), 또는 20 mg/L 이하 철 (II)를 가질 수 있다. 일부 구현예에서, 생산수는 0.5 mg/L 이상 철 (II), 1 mg/L 이상 철 (II), 2 mg/L 이상 철 (II), 또는 5 mg/L 이상 철 (II)를 가질 수 있다. 예를 들어, 일부 구현예에서, 생산수는 0.5 mg/L 내지 100 mg/L, 0.5 mg/L 내지 50 mg/L, 0.5 mg/L 내지 20 mg/L, 1 mg/L 내지 100 mg/L, 1 mg/L 내지 50 mg/L, 1 mg/L 내지 20 mg/L, 5 mg/L 내지 100 mg/L, 5 mg/L 내지 50 mg/L, 또는 5 mg/L 내지 20 mg/L 철 (II) 종을 가질 수 있다.

앞서 기술된 유기 및 무기 화합물 이외에, 생산수는 또한 고도의 염분을 갖는다. 예를 들어, 생산수는 염화물 이온의 고 농도를 가질 수 있다. 본 개시내용에서 후술될 바와 같이, 이들 염화물 이온은, 전기-염소화 공정을 거쳐, 현장 (제자리)에서, 페놀 및 기타 유기물과 같은 독성 유기 화합물을 산화시키는데, 그리고, 생산수의 무기 및 유기 오염물을 응고시킬 수 있는, 토종 철 (II) 종을 철 (III)으로 산화시키는데 사용될 수 있는 유용한 화학물질로 전환될 수 있다. 일부 구현예에서, 생산수 중의 염화물 이온의 농도는 4,000 mg/L 이상, 10,000 mg/L 이상, 20,000 mg/L 이상, 50,000 mg/L 이상, 또는 심지어 100,000 mg/L 이상일 수 있다. 일부 구현예에서, 생산수는 4,000 밀리그램/리터 (mg/L) 내지 150,000 mg/L 염화물 이온을 포함할 수 있다. 다른 구현예에서, 생산수는 10,000 mg/L 내지 150,000 mg/L, 20,000 mg/L 내지 150,000 mg/L, 50,000 mg/L 내지 150,000 mg/L, 또는 100,000 mg/L 내지 150,000 mg/L 염화물 이온을 포함할 수 있다. 생산수는 생산 작동 조건에서 4 내지 7의 범위에서 pH를 가질 수 있다.

생산수는 해유화제, 수화물 억제제, 시추 유체, 스페이서 유체, 또는 다른 화학물질과 같은 유전 화학물질의 제제로부터의 수용성 중합체를 포함할 수 있다. 이들 수용성 중합체의 예는, 비제한적으로, 해유화제 메이크업으로부터 폴리에틸렌 옥사이드, 수화물 억제제에서 발견된 폴리아미드, 시추 유체에 사용된 크산탄 검 (XC) 중합체, 다른 수용성 중합체, 또는 중합체들의 조합을 포함할 수 있다. 이들 수용성 중합체는 킬레이트 물질로서 작용할 수 있다. 예를 들어, 수용성 중합체는 철 (III) 화합물과 강하게 상호작용하여 응고 동안 생산된 불용성 고체의 큰 플록을 만들 수 있다. 즉, 생산수에서 수용성 중합체는, 처리수로부터 응고된 불용성 고체의 분리를 향상시키기 위해 응집제를 첨가할 필요성을 감소 또는 제거할 수 있는, 추가의 응집제로서 작용할 수 있다.

생산수는 다른 용존 가스 뿐만 아니라 용해된 황화수소 (H₂S)를 포함할 수 있다. 생산수는 또한, 처리된 생산수의 재사용 또는 재주입 전에 제거되어야 하는 용해된 고체, 부유 고체, 다른 콜로이드성 물질, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.

염소화 보조 응고 시스템 및 방법은 석유 및 천연 가스 생산으로부터 생성된 생산수를 처리하는 것과 관련하여 본 개시내용에서 기재된다. 그러나, 염소화 보조 응고 시스템 및 방법이 다양한 유기 및 무기 오염물을 포함하는 다른 수성 조성물에 사용될 수 있음이 이해된다. 예를 들어, 염소화 보조 응고 시스템 및 방법은 탄화수소 생산 작업, 탄화수소 정제 공정, 또는 다른 화학 또는 석유화학 제조 공정 동안 생성된 다른 수성 스트림으로부터 유기 및 무기 오염물을 제거하는데 사용될 수 있다. 개시된 염소화 보조 응고 시스템 및 방법은 유기 오염물 및 상승된 농도의 염화물 이온 및 토종 철 (II) 종을 갖는 수성 조성물에 특히 적합하다.

도 1을 참조하면, 생산수 (102) 또는 다른 수성 스트림으로부터 유기 및 무기 오염물을 제거하기 위한 염소화 보조 응고 시스템 (100)의 구현예는 도시된다. 염소화 보조 응고 시스템 (100)은 전기-염소화 시스템 (104), 전기-염소화 시스템 (104)의 하류에서 응고 시스템 (106), 및 응고 시스템 (106)의 하류에서 분리 시스템 (108)을 포함할 수 있다.

일부 구현예에서, 전기-염소화 시스템 (104)는 전기-염소화 용기 (110)과 같은 용기를 포함할 수 있다. 전기-염소화 용기 (110)은, 전기-염소화 용기 (110)에 도입된, 생산수 (102)와 접촉하도록 전기-염소화 용기 (110) 내에 위치된, 음극 (114) 및 양극 (116)을 포함할 수 있는, 복수의 전극 (174)를 포함할 수 있다. 일부 구현예에서, 전기-염소화 용기 (110)은 2 내지 20 개의 전극 (174)를 포함할 수 있다. 전극 (174)는 생산수 (102)에서 염화물 이온을 차아염소산 또는 차아염소산염과 같은 강한 산화제로 전환시키기에 충분한 전압 및 전류를 생산할 수 있는 전원 (112)에 연결된다. 일부 구현예에서, 전원 (112)는 직류 (DC) 전원일 수 있다. 염소화된 생산수 스트림 (118)은 전기-염소화 시스템 (104)의 전기-염소화 용기 (110)으로부터 응고 시스템 (106)으로 통과될 수 있다. 염소화된 생산수 스트림 (118)은 전기-염소화 시스템 (104)에 의해 생산된 강한 산화제를 포함할 수 있다. 본 개시내용에서 후속적으로 논의될 바와 같이, 염화물 이온을 전기-염소화 시스템 (104)에서 수행된 강한 산화제로 전환시키는 전기-염소화 공정은, 전기-염소화 용기 (110) 밖으로 통과될 수 있는, 수소 가스 (120)을 생산할 수 있다. 일부 구현예에서, 전기-염소화 용기 (110)의 최하부 및/또는 중간부에서 전극 (174)의 위치결정은 생산된 수소 가스 (120)이 IGF 공정에서 가스 캐리어로서 사용되어 생산수로부터 유적을 제거할 수 있다.

일부 구현예에서, 응고 시스템 (106)은 응고 용기 (130)을 포함할 수 있다. 응고 시스템 (106)에서 수행된 응고 방법에서, 응고 시스템 (106)에 통과된 염소화된 생산수 스트림 (118)에서의 강한 산화제는, 불용성 또는 부분적으로 가용성 고체인, 생산수 (102), 염소화된 생산수 (118), 또는 둘 모두에서 토종 철 (II) 종을 철 (III)으로 전환시킬 수 있다. 철 (III)은 염소화된 생산수 (118)에서 유기 및 무기 오염물과 불용성 복합체를 형성하여 응고된 생산수 스트림 (132)를 생산할 수 있다. 수득한 응고된 생산수 스트림 (132)는 응고 용기 (130)으로부터 하류 분리 시스템 (108)로 통과될 수 있다. 분리 시스템 (108)은 응고된 불용성 고체 입자 (154)를 처리된 생산수 (152)로부터 분리시키기 위한 하나 이상의 분리기 (150)을 포함할 수 있다.

응고 방법은 예를 들어 차아염소산 또는 차아염소산염과 같은 산화제의 존재에 의해 개시될 수 있다. 본 개시내용에서 앞서 기재된 바와 같이, 생산수에서 존재하는 염화물 이온의 고 농도는, 생산수의 전기분해를 통해 생산수에서 이미 존재하는 염화물 이온을 차아염소산 또는 차아염소산 금속으로 전환시킴으로써, 소량의 이들 강한 산화제를 현장에서 형성하는데 사용될 수 있다. 전기분해 단계는 전기-염소화로서 본 개시내용 전반에 걸쳐 참조될 수 있다.

전기-염소화는, 식수로서 인간 소비에 이후에 사용될 수 있는, 물을 염소화시키는데 또는 탱크, 예컨대 수영장을 예를 들어 소독하는데 사용되어 왔다. 전기-염소화는 또한 선박 평형 수와 같은 오염수를 처리하는데 사용되어 왔다. 전기-염소화 반응은, 산성 조건 하에 차아염소산 (HClO)를 또는 염기성 조건 하에 차아염소산염 (ClO^-)를 제조하기 위해, 염화나트륨과 같은 금속 염화물의 제자리 (현장) 전기분해를 포함할 수 있다. 종래의 전기-염소화에서, 차아염소산 또는 차아염소산염을 생산하기 위한 염화물 이온의 전기분해는, 산소 가스, 오존, 과산화수소와 같은 과산화물 화합물, 기타 산소 발생 화합물, 또는 이들의 조합의 첨가에 의해 염화물의 전기분해가 촉진되는, 호기성 조건 하에 종종 수행된다. 본 개시내용에서 후속적으로 제공된, 반응 1 (RXN1) 및 반응 2 (RXN2)는 각각 산성 및 염기성 조건 모두에서 호기성 조건 하에 전기-염소화 동안 발생하는 산화/환원 반응을 예시한다. RXN 1에 따라 호기성 및 산성 조건 하에 염화물 이온의 차아염소산으로의 전기-염소화는 총 반응 전위 -0.261 볼트 (V)를 갖는다. RXN 2에 따라 호기성 조건 및 염기성 조건 하에 염화물 이온의 차아염소산염으로의 전기-염소화는 총 반응 전위 -0.489 V를 갖는다.

호기성 전기-염소화 - 산성 조건

호기성 전기-염소화 - 염기성 조건

그러나, 호기성 조건 하에 염소화가 수행되는 경우, 산소의 존재는, 예를 들어, 아염소산염 이온, 염소산염 이온, 또는 과염소산염 이온을 생산하기 위해 산화의 보다 많은 염화물 상태로 반응을 밀어낼 수 있다. 이들 보다 많은 산화된 염화물은 차아염소산염 이온보다 덜 안정하고 더욱 독성이다. 또한, 산성 조건 (pH < 3)하에 호기성 염소화는, 처리 공정에서 배출된 기체성 스트림에서 추가 처리 및 제거가 필요한 고도로 독성 가스인, 염소를 형성할 수 있다.

석유 또는 천연 가스 생산 작업에서, 공정 조건이 혐기성인 경우, 산소의 부재 하에 염화물 이온을 현장에서 차아염소산 또는 차아염소산염으로 전환시키는 것은 탄화수소 산업 환경에 더 적합할 수 있다. 혐기성 조건 하에 전기-염소화 수행은, 원유 또는 천연 가스와 같은 탄화수소, 그리고 산소, 오존, 과산화물, 기타 산소 발생 화합물, 산화제 원료, 또는 이들의 조합과의 접촉을 방지함으로써 염소화 보조 응고 방법의 화재 위험 가능성을 감소 또는 제거할 수 있다. 생산수 내에서 염화물 이온의 차아염소산 또는 차아염소산염으로의 혐기성 전환은 또한 원유 또는 다른 석유 스트림의 산소, 오존, 과산화물, 산소 발생 화합물, 또는 산화제 원료로의 부주의한 오염의 기회를 또한 감소시킬 수 있다. 본 개시내용에서 후속적으로 제공된, RXN3 및 RXN4는 각각 산성 및 염기성 조건 모두에서 혐기성 조건 하에 전기-염소화 동안 발생하는 산화/환원 반응을 예시한다. RXN 3에 따라 혐기성 및 산성 조건하에 염화물 이온의 차아염소산으로의 전기-염소화는 총 반응 전위 -1.49 볼트 (V)를 갖는다. RXN 4에 따라 혐기성 및 염기성 조건하에 염화물 이온의 차아염소산염으로의 전기-염소화는 총 반응 전위 -1.7177 V를 갖는다.

혐기성 전기-염소화 - 산성 조건

혐기성 전기-염소화 - 염기성 조건

RXN 3 및 RXN 4에서 나타난 바와 같이, 염화물 이온의 차아염소산 (RXN 3) 또는 차아염소산염 (RXN 4)으로의 혐기성 전환은 반응물로서 산소를 도입할 필요가 없으며 반응 생성물로서 산소를 생산하지 않는다.

도 2를 참조하면, 염화물 및 철 시스템의 풀베이 도면은 도시된다. 도 2의 풀베이 도면은 수용액의 전위 (y 축) 및 pH (x 축)에 기초하여 염화물 및 철을 포함하는 수용액의 안정한 평형 상태를 도시한다. 도 2의 참조 번호 (202) 및 (204)는 물의 안정성 한계를 나타낸다. 참조 번호 (206)은 약 7 초과 pH에서 염화물 이온과 차아염소산염 사이의 안정성 경계를 지칭한다. 약 7 초과 특정 pH에서, 전압이 차아염소산염 (206)의 보다 낮은 안정성 경계까지 증가될 때, 염화물 이온은 RXN 4에 따라 반응하여 차아염소산염 이온을 생산할 수 있다. 약 7 미만 pH에서 차아염소산의 보다 낮은 안정성 경계는 참조 번호 (208)에 의해 확인된다. 약 7 미만 특정 pH에서, 전압이 차아염소산 (208)의 보다 낮은 안정성 경계까지 증가될 때, 염화물 이온은 RXN 3에 따라 반응하여 차아염소산을 생산할 수 있다. 도 2의 풀베이 도면은 pH의 함수로서 철 및 염화물 종의 물리적 상태 (예, 용해 또는 고체)를 기술한다. 응고 (즉, 불용성 입자의 형성)을 개시하기 위해, 철 (III) 이온은 pH가 2.5와 12.5 사이 범위인 용액에 있어야 한다. 2.5 미만 및 12.5 초과에서, 철 (III) 종은 Fe³⁺ _(aq) 및 FeO₄ ^2- _(aq) 이온으로서 물에 가용성이다. 철 (II) 종의 용해도는 또한 고려사항이다. 철 (II) 종은 철 (III)으로 변할 때까지 용해되어야 한다. 약 8.5 미만 또는 약 10.5 초과 pH에서, 불용성의 수산화철 (II)는 바람직한 물리적 상태가 아니다. 따라서, pH는 8.5 미만 또는 10.5 초과이어야 한다. 따라서, 일부 구현예에서, 응고 시스템 (100)은 2.5 내지 8.5 또는 10.5 내지 12.5의 작동 pH에서 작동될 수 있다. 전술한 바와 같이, 생산수는 4 내지 7의 pH를 가질 수 있다. 일부 구현예에서, 응고 시스템은 2.5 내지 8, 2.5 내지 7, 3 내지 8.5, 3 내지 8, 3 내지 7, 4 내지 8.5, 4 내지 8 또는 4 내지 7의 작동 pH에서 작동될 수 있다. 들어오는 생산수의 pH와 유사한, pH 4 내지 7에서 응고 시스템 작동은 생산수의 pH를 추가의 산업 화학물질로 조정할 필요성을 제거함으로써 시스템의 작동 비용을 감소시킬 수 있다.

다시 도 1을 참조하면, 염소화 보조 응고 시스템 (100)의 전기-염소화 시스템 (104)를 이용하는 전기-염소화 공정의 작동은 설명될 것이다. 생산수 (102)는 전기-염소화 용기 (110)로 도입될 수 있다. 전기-염소화 용기 (110)에서, 생산수 (102)는 전극 (174)를 접촉시킨다. 전원 (112)는 음극 (114)와 양극 (116) 사이 같이 전극 (174) 사이 전위를 생산하여, 전류가 전기-염소화 용기 (110)에서 생산수 (102)를 통과하게 한다. 일부 구현예에서, 전위 (전압)은 1.5 V 이상, 또는 심지어 1.8 V 이상일 수 있다. 예를 들어, 전압은 1.5 V 내지 5 V 또는 1.8 V 내지 5 V일 수 있다. 전류는 생산수 (102)를 전기분해시켜 염화물 이온을 강한 산화제, 예컨대 산성 조건 하에 차아염소산 또는 염기성 조건 하에 차아염소산염으로 전환시킬 수 있다. 염소화된 생산수 (118)은 전기-염소화 용기 (110)으로부터 응고 용기 (130)으로 통과될 수 있다. 염소화된 생산수 (118)은 생산수와 차아염소산 또는 차아염소산염의 혼합물을 포함할 수 있다. 전기-염소화 시스템 (104)는 연속적으로, 반-연속적으로, 또는 회분식으로 수행될 수 있다.

일부 구현예에서, 전기-염소화 시스템 (104)는 비-희생 전극인 전극 (174)를 포함할 수 있다. 전극 (174)용 전극 재료의 선택은 염소화 보조 응고 방법의 효과성에 영향을 줄 수 있다. 예를 들어, 종래의 전기응고 방법의 한계는, 작동 중, 희생 알루미늄계 또는 철계 전극이 불균일하게 소비되어 전기-염소화 및 응고 방법 전체에 걸쳐 불균일한 반응 조건을 야기시킨다는 것이다. 또한, 일부 경우에서, 전극의 불균형 소모로부터 알루미늄계 또는 철계 칩은 전기 시스템을 단락시킬 수 있으며, 이로 인해 공정을 중단시킬 수 있다. 비-희생 전극의 사용은 원활한 작동, 심지어 공정 조건, 그리고 시간이 지남에 따른 염소화 보조 응고 방법의 일관된 성능을 제공함으로써 이러한 한계를 극복할 수 있다.

전극 (174)는 염소화 보조 응고 방법의 공정 조건에 의해 소비 또는 부식되지 않는 전극 물질로 만들어진 외부 표면을 적어도 갖는 비-희생 전극일 수 있다. 일부 구현예에서, 하나 이상의 전극 (174)는, 비제한적으로, 흑연, 앞 전이 금속, 희토류 원소, 또는 이들의 조합을 포함하는 전극 물질로 제조될 수 있다. 본 개시내용에서 사용된 바와 같이, 용어 "앞 전이 금속"은 IUPAC 주기율표의 CAS 그룹 IIIB, IVB, VB 및 VIB에서 금속을 지칭한다. 희토류 원소는 IUPAC 주기율표의 란타 니드 계열의 원소를 지칭한다. 일부 구현예에서, 전극 재료는 탄소, 세륨, 크롬, 하프늄, 금, 몰리브덴, 사마륨, 규소, 은, 탄탈, 텅스텐, 황, 지르코늄, 또는 이들의 조합 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 전극 물질은 또한 지르코늄, 몰리브덴, 금, 은, 탄탈, 텅스텐, 크롬, 탄소, 황, 규소, 또는 이들의 조합의 임의의 산화물을 포함할 수 있다. 전극 물질로 적합할 수 있는 탄소 물질의 예는 무정형 탄소, 흑연, 그래핀, 산화 그래핀, 탄소 나노튜브, 탄소 필름 (예컨대 열분해 탄소 필름, 붕소-도핑된 다이아몬드 필름, 다이아몬드-유사 탄소 필름), 열분해 흑연, 다른 유형의 탄소, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 일부 구현예에서, 전극은 탄탈 또는 탄탈의 산화물, 예컨대 오산화탄탈 (Ta₂O₅)로부터 제조될 수 있다. 또 다른 구현예에서, 전극 (174)는 전극 (174)의 외부 표면이 전극 물질을 포함하도록 비활성 지지체 물질 상에 지지된 전극 물질의 외부 층을 포함할 수 있다. 적합한 비활성 지지체 물질은, 비제한적으로, 유리, 세라믹, 산화 티타늄, 다른 불활성 지지체 물질, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.

이들 전술된 물질로 제조된 전극 (174)의 사용은 염소화 보조 응고 방법 중에 겪게 되는 조건 하에 전극의 부식을 감소 또는 방지할 수 있다. 따라서, 이들 비-희생 전극은 전극의 부식 또는 소비로 인해 빈번하지 않은 교체를 요구할 수 있다. 전극 교체는 전극의 비용 뿐만 아니라 염소화 보조 응고 방법을 종료하고, 전극을 대체하기 위해 대기로 개방시킨 다음 다시 가동하기 전에 시스템에서의 공기를 퍼지시키는 비용 때문에 석유 생산 시설에서 값비싼 작업이 될 수 있다. 비-희생 전극의 사용은 따라서 염소화 보조 응고 시스템 (100)을 작동시키고 유지시키는 비용을 상당히 감소시킬 수 있다. 예를 들어, 소모성 전극이 있는 혐기성 전기응고 시스템은 원유 생산 설비와 같이 분류된 폭발성 영역에서 연속 작동이 요구되는 산업 분야에 대하여 경제적으로 작동하지 않을 수 있다. 이는 소모성 전극이 반-회분식 작업과 전극의 빈번한 교체를 필요로 하여, 비-희생 전극을 사용하는 시스템에 비해 응고 시스템의 자본 비용 (CAPEX)를 증가시키기 때문이다. 부가적으로, 반-회분식 작업에서 소모성 전극의 교체는 인력 집중적이어서, 비-희생 전극 사용에 비해 보다 큰 작동 비용 (OPEX)를 초래한다.

예를 들어, 철 또는 알루미늄과 같은 특정 물질은, 전술된 바와 같이 전기-염소화 시스템 단락의 증가된 확률 그리고 전극 (174)의 불균일한 소비을 초래할 수 있는, 전기-염소화 또는 응고 공정 동안 전극 물질의 소비로 인해 전극 물질로서 사용에 적합하지 않을 수 있다. 추가의 물질은 고 농도의 황화수소 (신미 생산수)를 갖는 생산수의 존재 하에 이들 전극 물질의 관찰된 부식 때문에 전극 물질에서 사용에 적합하지 않을 수 있다.

도 10을 참조하면, 일부 구현예에서, 염소화 보조 응고 시스템 (100)은, 복수의 음극 (114) 및 복수의 양극 (116)을 포함할 수 있는, 복수의 전극 (174)를 포함할 수 있다. 전극 (174)는 전기-염소화 반응을 수행하기에 충분한 표면적을 제공하는 형상을 가질 수 있다. 예를 들어, 일부 구현예에서, 전극 (174)는 도 9에 도시된 평판 전극과 같은 평판일 수 있다. 이들 평판 전극은 직사각형, 정사각형, 원형, 타원형, 다각형, 또는 임의의 다른 형상인 전극 표면 형상을 가질 수 있다. 일부 구현예에서, 전극 (174)는 장방형 평판일 수 있다. 대안적으로, 다른 구현예에서, 전극 (174)는 원형 평판일 수 있다. 전극 (174)는 전기-염소화 시스템 (104) (도 1)에서 전극 (174)와 수성 조성물 사이 충분한 접촉을 제공하기에 충분히 큰 전극 표면의 표면적을 가질 수 있다. 도 1, 4, 5, 및 6을 참조하면, 일부 구현예에서, 전극 (174)는 전기-염소화 용기 (110) 또는 처리 용기 (140) 내에 수직으로 위치될 수 있다 (도 6). 본 개시내용에서 사용된 바와 같이, 수직으로 위치된 것은 전극 (174)의 최대 치수가 도 1, 4, 5 및 6의 +/- Z 축과 정렬되는 전극 (174)의 방향을 지칭한다. 전극 (174)는 전기-염소화 용기 (110) 또는 처리 용기 (140)의 최상부, 중간부 또는 최하부에 수직으로 위치될 수 있다. 도 10을 참조하면, 다른 구현예에서, 복수의 전극 (174)는 전기-염소화 용기 (110) 내에 수평으로 위치될 수 있다. 본 개시내용에서 사용된 바와 같이, 수평으로 위치된 것은 전극 (174)의 최대 치수가 도 10의 좌표축의 +/- Z 축에 실질적으로 수직인 전극 (174)의 방향을 지칭한다. 전극 (174)는 또한 처리 용기 (140) 내에 수평으로 위치될 수 있다 (도 6). 전극 (174)은 전기-염소화 용기 (110) (도 10) 또는 처리 용기 (140) (도 6)의 최상부, 중간부 또는 최하부에 수평으로 위치될 수 있다. 일부 구현예에서, 전극 (174)는 전기-염소화 용기 (100) 또는 처리 용기 (140)의 중간부 또는 최하부에 수직 또는 수평으로 위치되어 전극 (174)에서 발생된 수소 가스를 유적 및/또는 고체 제거용 부유 가스로서 사용되게 할 수 있다.

RXN3 및 RXN4에 도시된 바와 같이, 혐기성 조건에서 작동하는, 전기-염소화 공정은 음극 (114)의 표면에서 수소 가스를 생산할 수 있다. 수소 가스는, 음극 (114)의 표면으로부터 분리될 수 있고 전기-염소화 시스템 (104)에서 생산수를 통해 위로 이동할 수 있는, 미세기포를 형성할 수 있다. 수소 가스는 수성 조성물에 혼합을 제공하는데 또는 생산수에서 고체 입자 및/또는 유적의 부유를 유도하는데 사용될 수 있다. 수소 가스는 궁극적으로 전기-염소화 시스템 (104) 밖으로 통과될 수 있다. 일부 구현예에서, 전기-염소화 동안 수소 가스 미세기포의 생산은 응고된 고체, 응집된 고체, 유적 또는 이들의 조합의 부유를 유도하는데 사용될 수 있다.

도 4를 참조하면, 일부 구현예에서, 염소화 보조 응고 시스템 (100)은 전극 (174)의 극성을 주기적으로 교대 작동시킬 수 있는 전극 극성 교류 발전기 (160)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 일부 구현예에서, 전극 극성 교류 발전기 (160)은 각각의 전극 (174)가 전기적으로 연결되는 전원 (112)의 단자를 스위칭 동작할 수 있는 전기 기계 장치를 포함할 수 있다. 대안적으로, 다른 구현예에서, 전극 극성 교류 발전기 (160)은 전극 (174)의 극성을 교대로 동작하도록 미세 조정된 전기 회로를 포함할 수 있다. 예를 들어, 일부 구현예에서, 전극 극성 교류 발전기 (160)은 구형파 파형, 직사각형 파형, 펄스 파형, 사인 파형, 삼각형 파형, 톱니 파형, 또는 다른 적합한 파형 유형 중 하나 이상을 생성하도록 작동가능한 전기 파형 발생기를 포함할 수 있다. 일부 구현예에서, 전극 극성 교류 발전기 (160)은 전극의 극성의 교대를 제어하기 위해 제어기 (162)에 통신가능하게 연결될 수 있다.

전극 극성 교류 발전기 (160)으로 전극 (174)의 극성을 교대하는 것은, 염소화 보조 응고 방법의 작동 동안 전극 (174)의 오염을 감소 또는 방지할 수 있는, 전극 (174)의 외부 표면 상에 물질의 침착을 감소 또는 방지할 수 있다. 일부 구현예에서, 비-희생 전극 (174)의 극성을 교대함으로써 전극 (174) 사이에서 수소 미세기포의 생성을 이동시켜 수소 미세기포를 생산수의 부피 전체에 걸쳐 보다 고르게 분포시킬 수 있다.

도 10을 참조하면, 일부 구현예에서, 염소화 보조 응고 시스템 (600)은 처리 용기 (140) 내에서 전극을 병진 또는 회전시킬 수 있는 전극 회전 시스템 (170)을 포함할 수 있다. 전극 회전 시스템 (170)이 도 10에 도시된 염소화 보조 응고 시스템 (600)의 단일 처리 용기 (140)에 통합된 것으로 도시되어도, 전극 회전 시스템 (170)은 도 1, 4 및 5에 도시된 염소화 보조 응고 시스템 (100)의 전기-염소화 용기 (110)에 또한 편입될 수 있다. 전극 회전 시스템 (170)은 처리 용기 (140) 내의 전극 (174)를 회전 또는 순환시켜 처리 용기 (140) 내에 배치된 생산수를 통해 고르게 수소 기포 또는 미세기포를 발생시키도록 분배될 수 있다. 일부 구현예에서, 전극 (174)는 처리 용기 (140) 내에서 회전 또는 순환되어 처리 용기 (140)의 단면을 균일하게 가로질러 수소 가스 기포를 분배시키게 될 수 있다. 일부 구현예에서, 전극 (174)가 처리 용기 (140) 내에서 회전 또는 순환되는 동안 전극 (174)는 처리 용기 (140) 전체에 수소 가스 미세기포의 분배를 가능하게 할 수 있는 유체 역학적 형상을 가질 수 있다.

도 10을 참조하면, 일부 구현예에서, 전극 회전 시스템 (170)은 처리 용기 (140)의 내부 부피 내로 연장되는 샤프트 (172) 그리고 샤프트와 회전하기 위해 샤프트 (172)에 연결된 복수의 전극 (174)를 포함할 수 있다. 일부 구현예에서, 복수의 전극 (174)는 복수의 음극 (114) 및 복수의 양극 (116)을 포함할 수 있다. 샤프트 (172)는 상부 베어링 (180) 및, 선택적으로, 하부 베어링 (182)에 의해 처리 용기 (140)에 회전가능하게 연결될 수 있다. 전기 모터 또는 다른 적절한 구동부 기구와 같은 구동부 (176)은 샤프트 (170)에 작동가능하게 연결될 수 있고 처리 용기 (140)에 대해 샤프트 (170) 및 전극 (174)를 회전시키도록 작동될 수 있다. 전극 회전 시스템 (170)은 또한 전극 (174)를 전원 (112)에 전기적으로 결합시키고 전원 (112)에 대해 전극 (174)의 회전을 가능하게 하는 회전 접촉기 (178)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 회전 접촉기 (178)은 슬립 링 또는 다른 회전 접촉기 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 전극 회전 시스템 (170)의 다른 구성도 고려된다.

일부 구현예에서, 염소화 보조 응고 시스템 (100)은 전극 극성 교류 발전기 (160) 및 전극 회전 시스템 (170)을 모두 포함할 수 있다. 도 10을 참조하면, 회전 접촉기 (178)은 전극 극성 교류 발전기 (160)에 전기적으로 연결될 수 있다. 전극 극성 교류 발전기 (160)은 전원 (112)에 전기적으로 연결될 수 있으며 전극 회전 시스템 (170)의 샤프트 (172)에 연결된 전극 (174)의 극성을 교대 작동시킬 수 있다. 전술된 바와 같이, 전극 극성 교류 발전기 (160)은 전극 극성 교류 발전기 (160)의 작동을 제어하기 위해 제어기 (162)에 통신가능하게 연결될 수 있다. 따라서, 이들 구현예에서, 전극 (174)는 전극 회전 시스템 (170)에 의해 처리 용기 (140) 내에서 물리적으로 회전 또는 순환될 수 있으며, 동시에 전극 극성 발전기 (160)에 의해 전극 (174)의 극성은 교대될 수 있다. 적합한 유체역학적 디자인을 갖는 회전 전극 또는 순환 전극의 조합 및 전극의 극성을 교대하기 위한 미세 조정된 전기 회로는 생산수로부터 유기 및 무기 화합물의 제거를 향상시킬 수 있다.

전기-염소화 공정은, 본 개시내용에서 앞서 논의된 바와 같이, 2.5 내지 8.5, 예컨대 2.5 내지 8, 2.5 내지 7, 3 내지 8.5, 3 내지 8, 3 내지 7, 4 내지 8.5, 4 내지 8, 또는 4 내지 7의 pH 범위에 걸쳐 혐기성 조건 하에 수행될 수 있다. 대안적으로, 일부 다른 구현예에서, 전기-염소화 공정은 10.5 내지 12.5의 pH 범위에 걸쳐 혐기성 조건 하에 수행될 수 있다. 일부 구현예에서, 전기-염소화 공정은 생산수의 pH에서 수행될 수 있다. 예를 들어, 생산수는 4 내지 7의 pH를 가질 수 있고, 전기-염소화 공정은 생산수의 pH 조정을 피하기 위해 약산성 pH 범위 4 내지 7에서 혐기성으로 수행될 수 있다.

일부 구현예에서, 전기-염소화 공정은 철 (III) 응고 방법을 개시하기 위해 충분한 산화제 (차아염소산 또는 차아염소산염)을 생산하기에 충분한 조건 하에 수행될 수 있다. 일부 구현예에서, 전기-염소화 공정은, 0.1 mg/L 내지 10,000 mg/L, 예컨대 0.1 mg/L 내지 4000 mg/L, 0.1 mg/L 내지 600 mg/L, 0.1 mg/L 내지 200 mg/L, 0.1 mg/L 내지 50 mg/L, 50 mg/L 내지 10,000 mg/L, 50 mg/L 내지 4000 mg/L, 50 mg/L 내지 600 mg/L, 50 mg/L 내지 200 mg/L, 200 mg/L 내지 10,000 mg/L, 200 mg/L 내지 4000 mg/L, 200 mg/L 내지 600 mg/L, 600 mg/L 내지 10,000 mg/L, 600 mg/L 내지 4000 mg/L, 또는 4000 mg/L 내지 10,000 mg/L의 차아염소산, 차아염소산염 이온 또는 둘 모두를 포함하는, 산화제의 농도를 생산할 수 있다. 예를 들어, 감미 생산수의 처리를 포함하는 일부 구현예에서, 전기-염소화 공정은, 차아염소산, 차아염소산염 이온, 또는 둘 모두를 포함하여, 0.1 mg/L 내지 200 mg/L, 또는 0.1 mg/L 내지 50 mg/L 산화제를 생산하도록 구성될 수 있다. 대안적으로, 신미 생산수의 처리를 포함하는 다른 구현예에서, 전기-염소화 공정은, 차아염소산, 차아염소산염 이온 또는 둘 모두를 포함하여, 600 mg/L 내지 10,000 mg/L 산화제를 생산하도록 구성될 수 있다. 일부 구현예에서, 전기-염소화 공정은, 3.5 바 (350,000 파스칼)에서 작동 하에, 차아염소산, 차아염소산염 이온 또는 둘 모두를 포함하여, 200 mg/L 내지 4000 mg/L 산화제를 생산할 수 있다.

전기-염소화 공정은 혐기성 조건 하에 전기-염소화를 수행하기에 충분한 전류 전위 (전압)에서 볼트 (V)로 작동될 수 있다. 전기 염소화는 전압이, 생산수의 pH 조건에 의존할 수 있는, 반응에 대한 반응 전위 이상인 경우 산소 부재 하에 혐기성 조건 하에 진행할 수 있다. pH가 7 미만인 산성 조건 하에 염화물 이온으로부터 차아염소산의 혐기성 생산을 위하여, 차아염소산을 생산하기 위한 반응 전위는 RXN 3에 표시된 바와 같이 -1.49 V이다. 따라서, 산성 조건 하에서, 전기-염소화 반응은 전압이 1.49 V 이상일 때 혐기성으로 진행한다. 7 초과 pH를 갖는 염기성 조건 하에 염화물 이온으로부터 차아염소산의 혐기성 생산을 위하여, 차아염소산염을 생성시키는 반응 전위는 -1.72 V이다. 따라서, 염기성 조건 하에서, 전기-염소화 반응은 전압이 1.72 V 이상인 경우에 진행한다. 예를 들어, 전압이 1.6 V로 설정되면, 산성 조건 하에서 염화물 이온의 차아염소산으로의 혐기성 전환은 현재의 전위의 크기가, 본 개시내용에서 이전에 제시된 바와 같이, RXN 3에 제공된 -1.49 V의 반응 전위의 크기보다 크기 때문에 발생할 것이다. 그러나, 염기성 조건에서, 염화물 이온의 차아염소산염 이온으로의 혐기성 전환은 전류 전위가, 본 개시내용에서 이전에 제시된 바와 같이, RXN 4에 나타낸 -1.72의 반응 전위의 크기보다 작기 때문에 발생하지 않을 것이다. 전류 전위가 1.49 V 미만이면, 혐기성 조건 하에 염화물 이온의 차아염소산 또는 차아염소산염 이온으로의 전환이 발생하지 않을 것이다. 일부 구현예에서, 전극 (전압)에서 인가된 전위차는 1.5 V 내지 5.0 V, 1.5 V 내지 4.0 V, 1.5 V 내지 3.0 V, 1.5 V 내지 2.0 V, 1.5 V 내지 1.8 V, 1.7 V 내지 5.0 V, 1.7 V 내지 4.0 V, 1.7 V 내지 3.0 V, 1.7 V 내지 2.0 V, 1.8 V 내지 5.0 V, 1.8 V 내지 4.0 V, 1.8 V 내지 3.0 V, 또는 1.8 V 내지 2.0 V일 수 있다.

전극 사이에서 생산수를 통해 통과된 전류의 양은 강한 산화제의 수율을 제어할 수 있다. 강한 산화제인 차아염소산 또는 차아염소산염으로 전환된 생산수 중의 염화물 이온의 양은 전극에 의해 생산수를 통해 통과된 전류의 크기에 비례한다. 따라서, 형성되는 산화제의 양은 전극 사이에 생산수를 통해 통과된 전류량을 제어함으로써 예컨대 전극 사이의 전류 밀도를 제어함으로써 제어될 수 있다. 따라서, 강한 산화제의 생산을 제어하기 위해 전류의 양을 제어함으로써 전기-염소화 공정은 미세 조정될 수 있다. 전기-염소화 시스템은 생산된 강력한 산화제의 양을 검출하기 위해 산화-환원 전위 (ORP) 센서를 포함할 수 있다. ORP는 전기-염소화 용기 (110) (도 1) 내에 또는 전기-염소화 용기 (110)의 하류에 위치될 수 있다. 일부 구현예에서, 염소화 보조 응고 시스템 (100)은 전기-염소화 용기 (110), 전기-염소화 용기 (110)의 하류, 응고 용기 (130)의 하류, 또는 이들의 조합 내에 위치된 복수의 ORP 센서를 포함할 수 있다. 전류의 양은 ORP 센서에 의해 검출된 강한 산화제의 양에 기초하여 조정될 수 있다.

전기-염소화 공정은 생산수에서 철 (II)를 철 (III)으로 전환 개시 및 유지하기에 충분한 강한 산화제 (차아염소산 또는 차아염소산염)을 생산하기에 충분한 전류 밀도로 작동되어 응고 방법을 개시 및 유지할 수 있다. 일부 구현예에서, 전류 밀도는 1 밀리암페어/제곱센티미터 (mA/cm²) 내지 1 암페어/제곱센티미터 (A/cm²)의 범위일 수 있다.

전기-염소화 공정, 뿐만 아니라 염소화 보조 응고 방법은 전체적으로 탄화수소 제조 및 탄화수소 정제 작업에서 전형적인 작동 조건에서 수행될 수 있다. 예를 들어, 전기-염소화 공정을 포함하는, 염소화 보조 응고 방법은 제조 공정에 의해 생산된 생산수의 압력에서 수행될 수 있다. 일부 구현예에서, 전기-염소화 공정을 포함하는, 염소화 보조 응고 방법은 대기압 초과 압력에서 수행될 수 있다. 예를 들어, 전기-염소화 공정을 포함하는, 염소화 보조 응고 방법은 1 바 (100 킬로파스칼) 내지 10 바 (1,000 킬로파스칼)의 압력에서 수행될 수 있다. 도 1을 참조하면, 일부 구현예에서, 전기-염소화 용기 (110), 응고 용기 (130), 또는 둘 모두는 100 kPa 내지 1,000 kPa의 압력에서 작동할 수 있는 압력 용기일 수 있다.

대조적으로, 대기압 초과 압력에서 호기성 조건 하에 생산수의 전기-염소화는 황산염의 형성을 유발할 수 있으며, 이는 처리된 생산수가 지층에 다시 주입될 때 지하 층의 암석 기공을 차단할 수 있다. 본 개시내용에서 앞서 논의된 바와 같이, 생산수는 용해된 황화수소 가스를 포함할 수 있다. 압력 하에서, 호기성 염소화에 사용된 산화제는 황화수소의 황과 반응하여 황산염을 생산할 수 있다. 이들 황산염은 처리된 생산수가 지층으로 재주입될 때 바륨, 칼슘, 및 스트론튬 이온과 불용성 염을 형성할 수 있다. 이들 불용성 염은 지층의 암석에서 기공에 퇴적하여 암석에 이들 기공을 막을 수 있다. 결과는 지층으로부터 석유의 생산에서 감소일 수 있다. 호기성 전기-염소화 공정에서 추가의 압력은 또한 추가의 산소가 생산수에 용해되도록 할 수 있으며, 이는 처리 과정의 하류에 산소 제거제를 추가시켜 물을 더 많이 처리하여 산업 공정에서 물의 재사용 또는 저장소 지층으로의 물의 재주입을 위한 산소-수준 사양을 충족시킬 필요가 있다. 따라서, 혐기성 조건에서 본 개시내용의 염소화 보조 응고 방법을 작동시키는 것은 처리된 생산수에서 황산염의 형성을 감소 또는 방지할 수 있고 과량의 용존 산소를 제거하기 위해 추가의 산소 제거제를 도입할 필요성을 감소 또는 제거할 수 있다.

일부 구현예에서, 전기-염소화 공정을 포함하는, 염소화 보조 응고 방법은 탄화수소 제조 또는 탄화수소 정제 작업의 전형적인 온도에서 수행될 수 있다. 예를 들어, 일부 구현예에서, 전기-염소화 공정 단계를 포함하는, 염소화 보조 응고 방법은 25 섭씨 온도 (℃) 내지 80 ℃의 온도에서 수행될 수 있다. 도 1을 참조하면, 일부 구현예에서, 전기-염소화 용기 (110), 응고 용기 (130) 또는 둘 모두는 염소화 보조 응고 방법 내내 생산수 (102)의 온도를 유지하기 위한 하나 이상의 열 전달 시스템을 포함할 수 있다.

일부 구현예에서, 전기-염소화 공정 (104)를 포함하는 염소화 보조 응고 방법 (100)은, 물-오일 분리기 (WOSEP)로서 통상적으로 지칭되는, 염소화 보조 응고 방법 (100)에 도입된 수성 조성물이 물 처리 설비로부터 취해질 수 있는 가스 오일 분리 공장 (GOSP) 공정의 마지막 단계의 전형적인 압력 및 온도에서 수행될 수 있다. 이들 공정 조건 하에서, 전기-염소화 공정 (104)를 포함하는, 염소화 보조 응고 방법 (100)은 100 kPa 내지 1000 kPa의 압력 및 10 ℃ 내지 60 ℃ 범위의 온도에서 수행될 수 있다. GOSP 및/또는 WOSEP로부터 수득된 수성 조성물은 오염물을 예컨대, 비제한적으로, 최대 0.1 vol.%의 비-용해 오일, 최대 0.1 vol.%의 미세 부유된 고체 입자, 용해된 산 가스, 예컨대 CO₂, H₂S, 다른 오염물, 또는 이들 오염물의 임의의 조합을 포함할 수 있다. 이러한 공정 조건에서, 전기-염소화 공정 (104)를 포함하여, 염소화 보조 응고 방법 (100)에 도입된 수성 조성물의 유속은 1 입방 미터/시간 (m³/hr) 내지 1000 m³/hr일 수 있다. 예를 들어, 일부 구현예에서, 전기-염소화 공정 (104)를 포함하여, 염소화 보조 응고 방법 (100)에 도입된 수성 조성물의 유속은 1 m³/hr 내지 300 m³/hr, 10 m³/hr 내지 1000 m³/hr, 10 m³/hr 내지 300 m³/hr, 또는 300 m³/hr 내지 1000 m³/hr일 수 있다. 일부 구현예에서, 염소화 보조 응고 방법 (100)의 전기-염소화 공정 (100), 예컨대 전기-염소화 용기 (110)에서 수성 조성물의 체류 시간은 10 초 내지 10 분일 수 있다. 일부 구현예에서, 염소화 보조 응고 방법 (100)의 응고 용기 (130)에서 수성 조성물의 체류 시간은 5 분 내지 60 분일 수 있다.

전기-염소화 공정 후에, 차아염소산 또는 차아염소산염과 같은 강한 산화제는 생산수에서 토종의 용해된 철 (II) 종과 반응하여 철 (II)를 철 (III)으로 산화시킬 수 있다. 그 다음 본 개시내용에 따라 유기 및 무기 오염물을 응고시키는데 사용될 수 있는, 철 (III)을 생산하기 위해 생산수에서 이미 존재하는 토착 용해된 철 (II) 종을 산화시키는 것은 종래의 응고 및 전기응고 시스템에 비교하여 복수의 이점을 제공할 수 있다.

종래의 응고 공정은 두 가지 방법 중 하나에 의해 철 (III)을 도입한다. 종래의 응고 공정의 제 1 유형에서, 응고제, 예컨대 황산철 (III) (Fe₂(SO₄)₃) 또는 황산알루미늄 (III) (Al₂(SO₄)₃)은 일반적으로 고체로서 반응기에 첨가되고 응고는 일반적으로 대기 온도 및 압력에서 호기성 조건에서 수행된다. 그러나, 이들 종래의 응고제의 첨가는 또한 생산수로부터 회수된 오일의 품질에 유해한 산소를 포함시킬 것이다. 또한, 이들 종래의 응고제를 생산수에 첨가하면 처리된 생산수 중에 황산염 이온이 생성된다. 본 개시내용에서 앞서 논의된 바와 같이, 이들 황산염은 처리된 생산수가 지층에 다시 재주입될 때 바륨, 칼슘, 및 스트론튬 이온과 불용성 염을 형성할 수 있다. 이들 불용성 염은 지층의 암석에서 기공에 퇴적하여 암석에 이들 기공을 막아서, 암석에 유동 제한을 야기시킬 수 있다. 결과는 유동 제한으로 인한 지층으로부터 탄화수소의 생산 속도에서 감소일 수 있다. 호기성 조건 하에 종래의 응고제를 사용하면 또한 처리 시설 및 파이프 라인 네트워크 전체에 스케일이 형성되고, 산소 농도가 증가하면 장비 및 배관의 부식 속도가 증가한다. 또한, 호기성 조건 하에 종래의 응고제의 사용은 박테리아 성장을 초래할 수 있고 물의 특성을 변화시킬 수 있다. 마지막으로, 황산알루미늄 (Al₂(SO₄)₃)은 화학적으로 유해한 물질이며 물질의 취급 및 보관에 대한 안전 문제를 나타낸다.

종래의 응고 공정의 제 2 유형은 희생 철 또는 알루미늄 전극을 사용하는 전기응고를 포함한다. 종래의 응고 공정의 이러한 유형에서, 희생 전극 및 수성 조성물은 전지를 형성할 수 있으며 전류는 희생 전극 및 수용액에 의해 형성된 전지에 의해 제공될 수 있다. 철 또는 알루미늄은 수용액에서 철 (III) 또는 알루미늄 (III) 이온을 생성하기 위해 전극으로부터 소비된다. 전형적인 전기응고 공정이 철 (0) 또는 알루미늄 (0) 금속의 희생 전극을 사용하며, 이는 산화 상태 (0)에서 (III)으로 진행된다. 종래의 전기응고는 산성 조건에서 반응 5 (RXN 5)에 따라 또는 염기성 조건에서 반응 6 (RXN 6)에 따라 호기성 조건 하에 수행될 수 있다. 후술하는 바와 같이, RXN 5의 경우, 수성 조성물에서 용존 산소 및 전극에 의해 형성된 전지의 전압 전위는 1.269V이다. 종래의 전기응고는 또한 산성 조건에 대해 반응 7 (RXN 7) 그리고 염기성 조건에 대해 반응 8 (RXN 8)에 따라 혐기 조건 하에 수행될 수 있다. RXN 8의 경우, 반응 전극 전위는 음의 값이며, 이는 반응이 자발적으로 일어나지 않음을 의미한다. RXN 8의 경우, 반응 진행을 위해 전극에 -0.7877의 전류 전위는 공급되어야 한다. RXN 5 내지 RXN 8은 본 개시내용에서 후속하여 제공된다.

호기성 전기응고 - 산성 조건

호기성 전기응고 - 염기성 조건

혐기성 전기응고 - 산성 조건

혐기성 전기응고 - 염기성 조건

종래의 전기응고 공정은 전형적으로 수소 생산을 피하기 위해 호기성 조건에서 수행된다. 수소 가스는 가연성이며 일반적으로 다른 산업에서는 바람직하지 않다. 또한, 산소 존재 하에서, 철 전극의 철 (III) 종으로의 산화 반응은, RXN 5 및 RXN 6에서 양성 반응 전위로 나타낸 바와 같이, 자발적 반응이다. 대조적으로, 혐기성 조건 하에서 실행되는 동일한 종래의 전기응고 공정은, RXN 7의 매우 작은 양성 반응 전위로 나타낸 바와 같이, 산성 조건에서는 매우 천천히 발생할 것이다. RXN 8에 표시된 염기성 조건에서, 전기응고는 혐기성 조건 하에서 자발적이지 않으므로 철 (III) 종의 형성에서 진행하지 않을 것이다. 염기성 조건 하에서 혐기성으로 발생하기 위해 철 (0)의 철 (III)으로의 변환에 적어도 0.7877 V의 전압은 필요하다.

종래의 응고 공정과 달리, 본 개시내용에서 기재된 염소화 보조 응고 방법은 고체 응고제의 첨가 또는 응고제를 생산하기 위한 소비성 전극의 소비를 필요로 하는 종래의 응고 공정과 비교하여 응고제의 첨가를 필요로 하지 않는다. 염소화 보조 응고 방법은 대신 생산수에서 이미 존재하는 및/또는 생산수에 첨가된 철 (II) 화합물을 사용한다. 앞서 논의된 바와 같이, 염소화 보조 응고 방법의 전기-염소화 단계 동안 생산된 차아염소산 또는 차아염소산염은 생산수에서 철 (II) 화합물과 반응하여 철 (II)을 철 (III)으로 전환시킬 수 있다.

염소화 단계 동안 생산된 강한 산화제, 예컨대 차아염소산 (HClO) 또는 차아염소산염 (Cl0^-)은 생산수에서 철 (II) 종과 쉽게 반응하여 철 (III)을 생산할 수 있다. 이 철 (III)은 pH 3 내지 10에서 생산수에 불용성이거나 부분적으로만 가용성일 수 있다. 부분 가용성 철 (III)의 형성에서 산화환원 반응의 캐스캐이드의 개략적 개요는, 본 개시내용에서 후속으로 제공되는, 반응 9 (RXN 9) 및 반응 10 (RXN 10)에서 나타난다. RXN 9는 산성 조건 하에 철 (III)을 형성하기 위한 반응을 예시하고, RXN은 염기성 조건 하에 철 (III)을 형성하기 위한 반응을 예시한다.

철 (III)의 형성 - 산성 조건

혐기성 전기응고 - 염기성 조건

도 2를 참조하면, 철 및 염화물 이온을 포함하는 수용액의 풀베리 도면은 도시된다. 풀베리 도면은 또한 pH의 함수로서 관련 철 및 염화물 종의, 용해 또는 고체와 같은, 물리적 상태를 설명한다. 도 2는 2.5 내지 8.5의 pH 범위에서 철 (II) 이온, 차아염소산, 및 차아염소산염 이온이 가용성이고 철 (III) 종은 불용성임을 나타낸다. 따라서, 응고 공정은, 앞서 논의된 바와 같이, 2.5 내지 8.5, 또는 3 내지 8의 pH 범위에서 일어날 것이다.

본 개시내용의 염소화 보조 응고 방법의 구현예에 따라 응고를 개시하기 위해 생산수에 존재하는 토종 철 (II)를 철 (III)으로 전환시키는 것은 처리된 생산수에 황산 이온의 첨가를 초래하지 않는다. 또한, 염소화 보조 응고 시스템에서, 상기 공정이 생산수에 산소를 도입하지 않기 때문에 황과 산소의 반응을 통해 황산염 이온은 생산되지 않는다. 따라서, 염소화 보조 응고 방법에 의해 생산된 처리된 생산수는 실질적으로 보다 낮은 농도의 황산염을 가지며 지층에 다시 재주입에 더욱 적합하다. 보다 낮은 농도의 황산염으로 염소화 보조 응고 방법에 의해 생산된 처리된 생산수는 또한 막 기술을 이용한 담수화와 같은 물 재사용 또는 재순환을 목표로 하는 추가 처리 공정에 더욱 적합할 수 있다.

부가적으로, 생산수에서 철 (II) 화합물을 철 (III)으로 전환시켜 철 (III) 종을 생성하는 것은 희생 전극을 소비하여 철을 도입할 필요가 없다. 앞서 논의된 바와 같이, 희생 전극의 사용은 불균일한 전극 소모를 야기시켜 시간이 지남에 따라 불균일한 반응 조건을 남기고 전극 물질의 불균일 소비의 결과로서 전극으로부터 유리된 칩 또는 조각으로 인한 전극의 단락 가능성을 초래할 수 있다. 비-희생 전극을 사용함으로써 그리고 응고제를 제공하기 위해 철 (II)를 철 (III)으로 전환시킴으로써, 본 개시내용의 염소화 보조 응고 방법은 시간이 지남에 따라 일관된 작동 조건을 제공할 수 있고, 전극의 빈도 감소시킬 수 있거나 전국의 주기적 대체를 제거할 수 있다. 염소화 보조 응고 방법에서 비-희생 전극의 사용은 전기-염소화 용기 내부의 미세기포를 균등하게 분배하기 위해 전기장을 조작하도록 전극의 형상 및 표면 설계를 가능하게 할 수 있다. 이는 전극 표면상의 공간 위치에 비례하는 심지어 균일한 작동 조건을 초래할 수 있다.

토종 철 (II)를 철 (III)으로 전환시키는 것 이외에, 강한 산화제인 차아염소산 또는 차아염소산염은, 환경 친화적인 화합물 예컨대 이산화탄소 또는 다른 작은 유기 화합물 속에, 독성 또는 환경적으로 위험할 수 있는, 유기 화합물, 예컨대 페놀, 원유적, 또는 기타 용해된 유기물을 또한 산화시킬 수 있다. 예를 들어, 일부 구현예에서, 독성이 강한 페놀은 강한 산화제에 의해 보다 작은 유기 분자로 산화되어 생산수로부터 페놀을 검출가능하지 않은 농도 이하로 감소 또는 제거할 수 있다. 강한 산화제에 의한 유기 화합물의 산화로 생산된 환경 친화적인 화합물 중 일부는 유용한 화학물질일 수 있다. 예를 들어, 전기-염소화 공정 동안 생산된 강한 산화제는 생산수에서 오일 및 다른 용해된 유기 화합물의 적어도 일부를 산화시켜 원유 및 다른 용해된 유기 화합물을 반응 조건에 따라 카복실산 또는 카복실레이트 염으로 전환시킬 수 있다. 카복실산 또는 카복실레이트 염은, 오일 저장소에 재주입되면, 원유 회수 화학물질을 보조하는 것으로 유익할 수 있는 계면 활성제 특성을 나타낼 수 있다.

도 1을 참조하면, 강한 산화제에 의한 토종 철 (II)의 철 (III)으로의 산화는 전기-염소화 용기 (110), 응고 용기 (130), 또는 둘 모두에서 부분적으로 발생할 수 있다. 일부 구현예에서, 강한 산화제에 의한 철 (II)의 철 (III)으로의 산화는 전기-염소화 용기 (110)에서 시작될 것이고 염소화된 생산수 스트림 (118)이 전기-염소화 용기 (110)으로부터 응고 용기 (130)으로 통과됨에 따라 계속한다.

유기 및 무기 화합물의 응고는 양으로 하전되는 불용성 (또는 부분 가용성) 입자가 필요할 수 있다. 이러한 입자는, 예를 들어, 철 (+III) 종, 알루미늄 (+III) 종, 또는 둘 모두를 포함할 수 있다. 그러나, 철 염은 철이 2 초과의 산화 상태 (0, +II 및 +III)를 가지지만, 알루미늄은 단지 2개의 산화 상태 (0 및 +III)를 가지기 때문에 특히 유리할 수 있다. 더욱이, 철 (+II) 종은, 2.5 내지 최대 8.5의 pH 범위에서 부분적으로 가용성이거나 불용성인, 철 (+III) 화합물에 비교하여, 작업의 pH 범위에서, 그리고 바람직하게는 4 ~ 7의 생산수 pH 조건에서 가용성이다. 본 개시내용에서 기재된 염소화 보조 응고 방법은 유기 및 무기 화합물 응고를 위하여 철 (III)을 사용한다.

도 1을 참조하면, 도시된 염소화 보조 응고 시스템 (100)에서, 염소화된 생산수 스트림 (118)은 응고 시스템 (106)의 응고 용기 (130)으로 전달될 수 있다. 일부 구현예에서, 응고 시스템 (106)은 선택적으로 응고 공정 동안 염소화된 생산수 (118)을 혼합하기 위한 교반 시스템 (126)을 포함할 수 있다. 교반 시스템 (126)은, 비제한적으로, 하나 이상의 교반기, 혼합기, 기포기, 통기장치, 배플, 응고 용기 (130)의 내용물을 혼합할 수 있는 다른 장치, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.

부가적으로, 응고 시스템 (106)은 염소화 보조 응고 방법의 작동을 제어하는데 사용될 수 있는 하나 이상의 센서 (164) (도 5) (도시되지 않음)을 포함할 수 있다. 센서 (164)는 전기-염소화 용기 (110)에서 또는 전기-염소화 용기 (110)의 하류에서 수용액의 특성을 측정하도록 작동될 수 있다. 예를 들어, 센서 (164)는 하나 이상의 OPR 센서, pH 미터, 총 용존 고체 (TDS) 센서, 광학 센서, 다른 센서, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 일부 구현예에서, 센서 (164)는 생산수 (102)의 하나 이상의 특성을 측정하기 위해 염소화 보조 응고 시스템 (100)에 생산수 (102) 공급 스트림 상에 배치될 수 있다. 센서 (164)에 의해 측정된 특성은 차아염소산 또는 차아염소산염의 농도, pH, 총 용존 고체, 유기물의 농도, 탁도, 철 농도, 산화-환원 전위, 또는 생산수 (102)의 다른 특성, 염소화된 생산수 스트림 (118), 응고된 생산수 스트림 (132), 처리된 생산수 스트림 (152), 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 일부 구현예에서, 센서 (164)는 자외선, 가시광선 또는 적외선을 사용하여 생산수 (102), 염소화된 생산수 스트림 (118), 응고된 생산수 스트림 (132), 처리된 생산수 스트림 (152), 또는 이들의 조합에서 유기물의 양을 측정하는 광학 센서를 포함할 수 있다. 일부 구현예에서, 센서 (164)는 염소화된 생산수 스트림 (118), 응고된 생산수 스트림 (132), 또는 처리된 생산수 스트림 (152) 내에 위치되어 이들 스트림의 특성을 측정할 수 있다. 응고 시스템 (106)은 또한 응고 용기 (130)에서 철 (III) 플록의 농도를 모니터링하기 위한 혼탁도 센서 (도시되지 않음)을 포함할 수 있다. 일부 구현예에서, 염소화 보조 응고 시스템 (100)은 생산수 (102), 염소화된 생산수 (118), 응고된 생산수 (132), 처리된 생산수 (152), 또는 이들의 조합에서 철 (II)의 농도를 측정하기 위해 철에 대한 인라인 비색계 분석기를 포함할 수 있다.

도 3을 참조하면, 응고 공정의 개략도는 도시된다. 응고 공정 동안, 염소화된 생산수 (118)에서 가용성 철 (II) (304)는 전기-염소화 단계에서 형성된 강한 산화제에 의해 불용성 또는 부분 가용성 철 (III) 입자 (310)으로 전환될 수 있다. 철 (III) 입자 (310)은 방향족 화합물, 음으로 하전된 콜로이드 (308), 또는 둘 모두와 같은 용해된 유기 화합물 (306)을 정전기적으로 끌어들여 불용성 고체 입자 (312)를 형성할 수 있다. 하향 화살표 (즉, 도 3에서 좌표축의 -Z 방향을 가리키는 화살표)에 의해 지시된 바와 같이, 불용성 고체 입자 (312)는 염소화된 생산수 (118)로부터 침전할 수 있다.

일부 구현예에서, 응고 공정은 생산수 (102)에서 토종 철 (II)가 예를 들어 수산화철 (III)과 같은 철 (III)으로 전환될 수 있는 pH에서 수행될 수 있다. 예를 들어, 일부 구현예에서, 응고 공정은 2.5 내지 8.5, 2.5 내지 8, 2.5 내지 7, 3 내지 8.5, 3 내지 8, 3 내지 7, 4 내지 8.5, 4 내지 8, 4 내지 7, 또는 10.5 내지 12.5의 pH에서 수행될 수 있다. 전기-염소화 공정에서와 같이, 응고 공정은 석유 또는 천연 가스 생산 공정 및 탄화수소 정제 작업에서 전형적인 작동 조건에서 수행될 수 있다. 예를 들어, 응고 공정은 1 바 (100 킬로파스칼) 내지 10 바 (1,000 킬로파스칼)의 압력에서 수행될 수 있다. 응고 공정은 또한 탄화수소 제조 또는 탄화수소 정제 작업의 전형적인 온도에서 수행될 수 있다. 예를 들어, 일부 구현예에서, 응고 공정은 25 섭씨 온도 (℃) 내지 80 ℃의 온도에서 수행될 수 있다.

일부 경우에서, 생산수 또는 다른 수성 스트림에서 토종 철 (II)의 농도는 물 재사용 또는 지하 층으로의 재주입에 대한 산업 표준을 만족시키기에 충분한 생산수에서 유기 및 무기 오염물의 응고를 유지하기에 충분하지 않을 수 있다. 따라서, 일부 구현예에서, 비제한적으로, 상업적으로 이용가능한 염화철 (II) (FeCl₂), 아세트산철 (II), 또는 이들의 조합과 같은 보충 철 (II) 화합물은 보충제로서 공정에 첨가될 수 있다. 보충 철 (II) 화합물의 첨가는 염소화 보조 응고 방법의 성능을 향상시킬 수 있다.

도 4를 참조하면, 일부 구현예에서, 보충 철 (II) 화합물 (134)는 염소화 보조 응고 시스템 (100)의 전기-염소화 용기 (110)에 도입될 수 있다. 전기-염소화 용기 (110)에 보충 철 (II) 화합물 (134)를 도입하는 것은 전기-염소화 공정에 의한 강한 산화제 생산시 보충 철 (II) 화합물 (134)가 철 (III) 종으로의 전환에 이용할 수 있게 한다. 일부 구현예에서, 보충 철 (II) 화합물은 주입 시스템 (도시되지 않음)을 사용하여 전기-염소화 용기 (110) 내로 주입될 수 있다. 대안적으로, 보충 철 (II) 화합물 (134)는, 도 4에서 점선으로 표시된 바와 같이, 응고 용기 (130)에 도입될 수 있다.

응고 및 응집 공정의 개략도를 도시하는 도 3을 참조하면, 철 (III)에 의해 응고된 콜로이드 및/또는 용해된 유기 화합물의 중량에 따라, 응집제 화합물 (314)는 염소화된 생산수 (118)에 첨가될 수 있다. 응집제 화합물 (314)는 불용성 고체 입자 (312)의 입자를 평균 크기를 증가시키기 위해 큰 응집제 또는 플록 (316)에 불용성 고체 입자 (312)의 입자를 조합하도록 작용할 수 있다. 더 큰 플록 (316)은, 더 큰 하향 화살표 (즉, 도 3에서 좌표축의 -Z 방향을 지시하는 큰 화살표)에 의해 표시된 바와 같이, 콜로이드 (308) 및 유기 화합물 (306)로 응고된 철 (III) 입자의 침강 속도를 증가시킬 수 있다. 침강 속도 증가는 유기 및 무기 화합물의 제거율을 증가시킬 수 있다. 응집제 화합물은, 비제한적으로, 하나 이상의 키토산, 폴리에틸렌 옥사이드, 다른 응집제 화합물, 또는 응집제 화합물의 조합을 포함할 수 있다. 도 4를 참조하면, 하나 이상의 응집제 화합물 (314) (도 3)을 포함하는 응집제 조성물 (136)은 응고 용기 (130)에 도입될 수 있다.

그러나, 일부 구현예에서, 소비가능한 응집제 화합물의 첨가가 필요하지 않을수 있음이 주목된다. 예를 들어, 오일 & 가스 산업에서, 폴리에틸렌 옥사이드 (PEO)는 많은 유전 화학물질의 메이크업에서 발견될 수 있다. 다른 수용성 중합체가 또한 존재할 수 있고 응고된 생산수 (132)에 응집 효과를 제공할 수 있다. 따라서, 일부 구현예에서, 응고 용기 (130)에 응집제 조성물 (136)의 첨가는 생산수 (102)가 응고된 불용성 고체를 응집시키기 위해 충분한 양의 PEO 및 다른 응집하는 중합체를 함유할 수 있기 때문에 유기 및 무기 화합물의 제거에서 현저한 증가를 제공하지 않을 수 있다. 후속하여, 본 개시내용에서 기재된 염소화 보조 응고 방법은, 불용성 고체 입자 (154)의 일부로서 이들 물질을 제거할 수 있는, 이들 물질의 응집 특성을 이용하여, PEO 및 다른 수용성 중합체와 같은 유전 화학물질의 킬레이트 성분을 제거시킬 수 있는 의외의 결과를 제공할 수 있다. 생산수 (102)에서 PEO 및 다른 수용성 중합체의 존재는 응고된 불용성 고체의 침강 속도를 개선하기 위해 염소화 보조 응고 방법에 첨가된 응집제의 양을 감소시킬 수 있다.

도 1 및 도 4를 참조하면, 염소화 보조 응고 방법은 응고 용기 (130)의 하류에 분리 시스템 (108)을 포함할 수 있다. 응고된 생산수 (132)는 응고 용기 (130)으로부터 분리 시스템 (108)로 통과될 수 있고, 분리 시스템 (108)은 응고된 생산수 (132)로부터 불용성 고체 입자 (154)를 분리시켜 처리된 생산수 (152)를 생산할 수 있다. 분리 시스템 (108)은 처리된 생산수 (152)로부터 불용성 고체 입자 (154)를 분리시킬 수 있는 분리기를 포함할 수 있다. 분리기의 예는, 비제한적으로, 가스 부유 시스템, 침강 탱크 또는 경사분리 시스템과 같은 침강 시스템, 필터 프레스와 같은 필터, 회전식 필터 또는 다른 유형의 필터, 막 분리기, 원심 분리기, 호두 껍질 분리 시스템, 입자 층 공정, 흡착 물질을 사용하는 수질 정화 시스템, 다른 유형의 고체/액체 분리기, 또는 분리기들의 조합을 포함할 수 있다.

처리된 생산수 (152)는 물 재사용 또는 지하 층으로의 물의 재주입에 대한 산업 표준을 만족시킬 수 있다. 예를 들어, 상기 논의된 바와 같이, 유입되는 생산수 또는 다른 수성 조성물 또는 스트림은 생산수의 총 부피를 기준으로 하여 0.1 부피 퍼센트 (vol.%) 초과의 오일 함량을 가질 수 있다. 처리 후, 처리된 생산수 (152) 또는 다른 처리된 수성 조성물 또는 스트림은 50 밀리그램/리터 (mg/L) 미만의 오일 농도를 가질 수 있다. 부가적으로, 염소화 보조 응고 공정 동안, 페놀과 같은 유해한 유기 화학물질은 강한 산화제와 반응하여 위험한 유기 화학물질을 위험하지 않은 화학물질로 분해할 수 있거나 그렇지 않으면 응고를 통해 생산수에서 제거될 수 있다. 일부 구현예에서, 처리된 생산수 (152) 또는 다른 처리된 수성 조성물 또는 스트림은 페놀 화합물이 실질적으로 없을 수 있다. 페놀 및 기타 유해한 유기 화합물에 대해 사용된 바와 같이, 구성성분의 "실질적으로 없는"이란 용어는 스트림, 용기 또는 반응 구역의 특정 부분에서 그 구성성분의 0.01 백만분율 (ppm) 미만을 의미한다. 예로서, 페놀이 실질적으로 없는, 처리된 생산수 (152)는 0.01 ppm 미만의 페놀을 가질 수 있다.

염소화 보조 응고 방법은 또한 생산수로부터 무기 오염물을 제거할 수 있다. 무기물의 공침전은 염기성 pH 조건 하에서 우세하게 일어날 수 있다. 예를 들어, 염기성 조건 하에서, 염소화 보조 응고 방법은 생산수로부터 스트론튬, 바륨, 및 다른 무기 종을 제거할 수 있다. 이들 무기 성분의 제거는 처리된 생산수 (152)가 저장소로 다시 재주입될 경우 저장소를 막을 위험을 감소시킬 수 있다.

일부 구현예에서, 처리된 생산수 (152)는 추가 가공을 위해 하나 이상의 하류 처리 시스템에 통과될 수 있다. 예를 들어, 본 개시내용에서 기재된 염소화 보조 응고 방법은, 원유가 생산수로부터 분리되는, 오일 및 가스 생산 설비에서 사용될 수 있다. 그러한 가스 및 오일 분리 공장 (GOSP)에서, 생산수는 종종 저수지 또는 처분 정으로 재주입되기 전에 탈유된다. 종래의 생산수 탈유 작업은 물 오일 분리기 (WOSEP) 라 불리는 대형 중력 분리기에서 또는 기체 부상, 하이드로사이클론과 같은 원심분리, 화학 처리, 등과 같은 다른 기술에 의해 이루어질 수 있다. 생산수의 탈유는, 석유 생산 분야에 따라 약 50-20 부피 ppm 미만인, 오일 형성으로의 물 재주입을 위한 사양까지 약 1 vol.%로부터 생산수의 오일 함량을 감소시킨다. 이 공정이 오일 및 가스 생산 시설에서의 사용 측면에서 설명되어도, 이러한 공정은 또한 정유 공장, 석유 화학 설비, 및 유성수가 정제되어야 하는 다른 공장에서 작업에 유용할 수 있다.

기재된 염소화 보조 응고 방법은 유전 생산수를 정제하고 생산수로부터 고체, 유기 용해된 화합물, 및 오일 오염물을 제거하기 위해 새로운 해결책을 제공할 수 있다. 물은 그 다음 담수화, 재사용 응용 또는 지질 층으로 재주입과 같은 추가 처리를 위해 보내질 수 있다. 생산수로부터 제거된 회수된 오일은 시장에서 가치가있을 수 있다. 일부 구현예에서, 염소화 보조 응고 방법은 막-기반 물 담수화 플랜트의 일부로서 전처리 공정으로서 적용될 수 있다. 오염은 수처리에서 막 기술의 적용에 대한 주요 결점이다. 염소화 보조 응고 방법은 생산수를 전처리하여 유적, 유기 화합물, 고체 입자, 잠재적으로 스케일링 염, 또는 이들의 조합을 제거함으로써 오염된 여과 및 담수화 막의 세정 및 막 막힘을 감소 또는 방지할 수 있다.

비-희생 전극으로 수행된 염소화 보조 응고 방법은 오일 및 가스 생산 조건에서 생산수를 탈유시키는데 적합할 수 있다. 예를 들어, 염소화 보조 응고 방법은 분류된 폭발 환경의 안전 요구 사항을 충족시키도록 설계될 수 있다. 염소화 보조 응고 방법은 광범위한 부피 공급 속도에 맞게 크기조정될 수 있고, 따라서 저장소 층으로 재주입 전에 다량의 생산수를 정화하기 위한 해결책을 제공한다. 이것은 오일 함량 상에서 재주입 물의 사양이 단단한 저수지 암석으로 인해 (물에서 약 50ppm 미만의 원유) 낮은 경우 종래의 하이드로-사이클론 공정보다 유리할 수 있다.

또한, 염소화 보조 응고 방법은 에너지 효율적일 수 있다. 품질 저하 없이 생산수에서 분산된 원유를 제거하기 위해 에너지 효율적인 공정을 제공함으로써, 염소화 보조 응집 공정은 물 오일 분리기 (WOSEP)보다 더 소형인 그리고 하이드로사이클론과 경쟁적인 오일 생산 공장의 마지막 분리 단계를 대체할 수 있다. 따라서, 염소화 보조 응고 공정은 해양 오일 생산을 위한 플랫폼에서 활용될 수 있다.

본원에서 언급된 바와 같이, 생산수 처리 공정에서 통합될 때, 염소화 보조 응고 방법은 막 오염 및 설비 스케일링의 문제점에 대한 해결책을 제공할 수 있다. 현재, 유성수 공정에서 막의 오염을 완화하기 위한 널리 수용되고 신뢰할 수 있는 기술 해결책은 없다. 오염은 오일 및 가스 산업에서 세라믹 여과 기술의 배치를 방해한다. 염소화 보조 응고 방법은, 공급수의 전처리로서 사용된 경우, 여과 막을 보호하기 위해, 그리고, 공정에서, 일부 원유를 회수하기 위해, 기술적 해결책을 제공할 수 있다. 또한, 막-기반된 수처리 공정에 대한 세정 요건을 감소시키는 방식을 제공함으로써, 본 공정은 다량의 물을 재사용하기 위한 비용 경쟁력 있는 대안을 제공할 수 있다. 염소화 보조 응고 방법이 혐기성 조건에서 작동가능하기 때문에, 셰일 오일 생산에서 수행된 파쇄 작업에 대한 담수화 및 수처리 전에 비제한적으로 생산된 수질 연마를 포함하는, 오일 생산 산업에서도 적용될 수 있다.

일부 구현예에서, 처리된 생산수 (152)는, 물을 추가로 정제하기 위해, 막 담수화 공정과 같은 담수화 공정으로 통과될 수 있다. 염소화 보조 응고 방법은 충분히 생산수로부터 오일 및 유기물을 제거하여 하류 막 담수화 공정 또는 다른 막 분리 시스템에서 분리막의 오염을 감소 또는 방지할 수 있다.

일부 구현예에서, 처리된 생산수 (152)는 지하 층에 재주입될 수 있다. 예를 들어, 처리된 생산수 (152)는 지하 층에 재주입되어 생산 동안 지층에서 수압을 유지할 수 있다. 다른 예에서, 처리된 생산수 (152)는 생산 정으로 오일, 가스 또는 둘 모두를 가압하도록 지층에 재주입될 수 있다. 일부 구현예에서, 처리된 생산수 (152)는 예를 들어 시추 머드 또는 스페이서 유체와 같은 다양한 시추 유체를 생산하도록 재사용될 수 있다. 처리된 생산수 (152)의 다른 용도는 고려된다.

일부 구현예에서, 처리된 생산수 (152)로부터 분리된 불용성 고체 입자 (154)는 불용성 고체 입자 (154)로부터 오일을 회수하기 위한 하류 처리 공정으로 통과될 수 있다. 대안적으로, 일부 구현예에서, 생산수 (102)로부터의 오일 회수는 전기-염소화 용기 (110)에서 또는 전기-염소화 용기 (110)에 생산수 (102)를 도입하기 전에 수행되어 지층 또는 유성 철 (III) 플록을 방지할 수 있고 유성 철 (III) 플록의 하류 처리 필요성을 제거할 수 있다.

본원에서 기재된 염소화 보조 응고 방법은 오일 생산 공장에서 생산수/원유 분리; 정제소에서의 물 탈유; 공정 산업에서 공정 수에서 유기 오염물의 제거; 막 여과 또는 담수화 전에 공급 수의 전처리; 모래 역청 생산에 사용된 물의 처리; 해양 및 육상 환경에서 처분을 위한 생산 수의 처리 및 정제; 및 분쇄 기술을 사용하여 셰일 오일 및 셰일 가스 생산에 사용된 생산 수의 처리 및 정제에 적용가능성을 발견할 수 있다.

도 4를 참조하면, 염소화 보조 응고 시스템 (100)은 전기-염소화 구역 (111) 및 응고 구역 (131)을 포함할 수 있다. 일부 구현예에서, 응고 구역 (131)은 전기-염소화 구역 (111)의 하류에 위치될 수 있다. 일부 구현예에서, 전기-염소화 구역은 전기-염소화 용기 (110) 내에 배치될 수 있고, 응고 구역 (131)은 전기-염소화 용기 (110)의 하류에 위치된 응고 용기 (130) 내에 배치될 수 있다. 일부 구현예에서, 전기-염소화 용기 (110), 응고 용기 (130), 또는 둘 모두는 100 kPa 내지 1,000 kPa의 압력에서 작동할 수 있는 압력 용기일 수 있다. 도 4에 도시된 바와 같이, 일부 구현예에서, 생산수 (102) 모두는 전기-염소화를 겪기 위해 전기-염소화 구역 (111)에 도입될 수 있다. 전기-염소화 구역 (111)은 전기-염소화 구역 (111)에서 생산수 (102)를 통해 전류를 통과시키기 위해 전원 (112)에 전기적으로 연결될 수 있는 양극 (116) 및 음극 (114)과 같은 전극 (174)를 포함할 수 있다. 도 4에 도시된 바와 같이, 보충 철 (II) 화합물 (134)는 선택적으로 전기-염소화 구역 (111) 또는 응고 구역 (131)에서 생산수 (102)로 도입될 수 있다. 응집제 조성물 (136)은 응고 구역 (131)에서 염소화된 생산수 (118)에 선택적으로 도입될 수 있다.

도 4의 염소화 보조 응고 시스템 (100)을 사용하는 염소화 보조 응고 방법의 작동에서, 생산수 (102) 또는 다른 수용액은 전기-염소화 구역 (111)로 도입될 수 있다. 본 개시내용에서 앞서 논의된 바와 같이, 생산수 (102)는 적어도 물, 염화물 이온, 철 (II) 이온, 및 예를 들어 오일 또는 용해된 탄화수소와 같은 하나 이상의 유기 화합물을 포함할 수 있다. 생산수 (102)에서 염화물 이온의 적어도 일부는 전기-염소화 구역 (111)에서 생산수 (102)를 통해 전류를 통과시킴으로써 전기-염소화 구역 (111)에서 차아염소산염 또는 차아염소산으로 전환될 수 있다. 전류는 전극 (174) 사이에서 생산수 (102)를 통해 통과될 수 있다. 염소화된 생산수 (118)은 전기-염소화 구역 (111)로부터 응고 구역 (131)로 통과될 수 있다. 염소화된 생산수 (118)에서 철 (II) 종의 적어도 일부는 차아염소산 또는 차아염소산염에 의해 산화되어 철 (III) 종을 생산할 수 있다. 철 (II)의 철 (III)으로의 산화는 전기-염소화 구역 (111), 응고 구역 (131), 또는 둘 모두에서 발생할 수 있거나 전기-염소화 구역 (111)로부터 응고 구역 (131)로 염소화된 생산수 (118)의 통과 동안 적어도 부분적으로 발생할 수 있다. 유기 화합물의 적어도 일부는 응고 구역 (131)에서 철 (III) 종으로 응고되어 생산수에서 복수의 불용성 고체 입자를 포함하는 응고된 생산수 (132)를 생산할 수 있다.

불용성 고체는 생산수로부터 분리될 수 있는 불용성 고체 입자 (154)로 응집될 수 있다. 일부 구현예에서, 불용성 고체는 응고 구역 (131)에서 응고된 생산수 (132)에 소모성 응집제 조성물 (136)의 도입을 통해 불용성 고체 입자 (154)로 응집될 수 있다. 대안적으로, 불용성 고체는 PEO 또는 생산수 (102)에 존재하는 다른 수용성 중합체와의 접촉을 통해 불용성 고체 입자 (154)로 응집될 수 있다. 응고된 생산수 (132)는 불용성 고체 입자 (154)가 응고된 생산수 (132)로부터 분리되어 처리된 생산수 (152)를 생산할 수 있는 분리 시스템 (108)로 통과될 수 있다.

도 5를 참조하면, 일부 구현예에서, 염소화 보조 응고 시스템 (100)은 전기-염소화 구역 (111), 전기-염소화 구역 (111)의 하류에서 응고 구역 (131), 전기-염소화 공급 스트림 (122), 및 바이패스 (124)를 포함할 수 있다. 전기-염소화 공급 스트림 (122)는 생산수 (102)의 제 1 부분을 전기-염소화 구역 (111)에 도입하도록 위치될 수 있다. 바이패스 (124)는 전기-염소화 공급 스트림 (122) 및 응고 구역 (131)에 유체 연결될 수 있다. 바이패스 (124)는 전기-염소화 구역 (111) 통과 없이 생산수 (102)의 제 2 부분을 응고 구역 (131)로 직접 통과시키도록 위치될 수 있다. 생산수 (102)의 제 2 부분은, 전기-염소화 구역 (111)에 도입되지 않은, 생산수 (102)의 잔류물일 수 있다. 전기-염소화 공급 스트림 (122)는 제어 밸브 (166A)를 포함할 수 있고, 바이패스 (124)는 전기-염소화 구역 (111) 통과 없이 응고 구역 (131)로 통과된 생산수 (102)의 나머지 그리고 전기-염소화 구역 (111)에 도입된 생산수 (102)의 부분의 비를 제어하도록 제어 밸브 (166B)를 포함할 수 있다. 전기-염소화 구역 (111)에 도입된 생산수 (102)의 양은 전기-염소화 구역 (111)에서 생산된 강한 산화제 (차아염소산 또는 차아염소산염)의 양을 제어하도록 제어될 수 있다.

도 5를 참조하면, 작동 중에, 생산수 (102)는 전기-염소화 공급 스트림 (122) 및 바이패스 (124)로 분리될 수 있다. 생산수 (102)를 포함하는, 전기-염소화 공급 스트림 (122)는 전기-염소화 구역 (111)에 도입될 수 있고, 바이패스 (124)는 전기-염소화 구역 (111) 통과 없이 응고 구역 (131)로 직접 도입될 수 있다. 생산수 (102)를 전기-염소화 공급 스트림 (122) 및 바이패스 (124)로 분리하는 것은 생산수 (102)의 일부를 전기-염소화 단계에 단지 적용함으로써 염소화 보조 응고 시스템 (100)의 용량을 증가시킬 수 있다. 부가적으로, 생산수 (102)의 일부만을 전기-염소화 용기 (110)에 통과시키는 것은 생산수 모두가 전기-염소화를 겪는 염소화 보조 응고 시스템의 구현예와 비교하여 도 5의 염소화 보조 응고 시스템 (100)의 전력 소비를 크게 감소시킬 수 있다.

전기-염소화 구역 (111)에서, 전기-염소화 공급 스트림 (122)의 생산수 (102)의 제 1 부분의 염화물 이온의 적어도 일부는 전기-염소화 구역 (111)에서 생산수 (102)를 통해 전류를 통과시킴으로써 강한 산화제 (pH에 따라 차아염소산 또는 차아염소산염)으로 전환될 수 있다. 염소화된 생산수 (118)은 전기-염소화 구역 (111)로부터 응고 구역 (131)로 통과될 수 있으며, 여기에서 염소화된 생산수 (118)은 바이패스 (124)를 통해 응고 구역 (131)로 직접 도입된 생산수 (102)와 혼합된다. 염소화된 생산수 (118)로부터의 강한 산화제는 생산수 (102) 및 염소화된 생산수 (118)에서 토종 철 (II) 종을 산화시켜 철 (III) 종을 형성할 수 있다. 생산수 (102)의 유기 및 무기 성분은 응고 구역 (131)에서 철 (III) 종으로 응고될 수 있고 응고 구역 (131)에서 고체로서 수성상 밖으로 침전될 수 있다.

일부 구현예에서, 보충 철 (II) 화합물은 전기-염소화 구역 (111) 또는 응고 구역 (131)로 도입될 수 있다. 부가적으로, 일부 구현예에서, 일부 구현예에서, 응집제 조성물 (136)은 응고 구역 (131)에 첨가되어 응고된 생산수 (132)에서 불용성 고체 입자 (플록)의 크기를 증가시킬 수 있고, 이는 불용성 고체 입자의 침강 속도를 증가시킬 수 있다. 응고된 생산수 (132)는 응고된 생산수 (132)로부터 불용성 고체 입자 (154)를 분리하기 위한 분리 시스템 (108)로 전달되어 처리된 생산수 (152)를 생산할 수 있다.

바이패스 (124)로, 생산수 (102)의 일부만이 전기-염소화 구역 (111)을 통해 통과된다. 생산수 (102)의 나머지는 바이패스 (124)를 통해 응고 구역 (131)로 직접 통과될 수 있다. 앞서 논의된 바와 같이, 전기-염소화 구역 (111)을 통해 통과된 생산수 (102)의 양을 감소시키는 것은 전기-염소화 구역 (111)의 전력 수요를 감소시킬 수 있다. 이는 생산수 모두가 전기-염소화 구역 (111)로 도입되는 구현예와 비교하여 염소화 보조 응고 시스템 (100) 및 공정의 운영 비용을 감소시킬 수 있다. 또한, 전기-염소화 공급 스트림 (122) 및 바이패스 (124)에 제어 밸브 (166A, 166B)를 사용함으로써, 전기-염소화 동안 생산된 강한 산화제의 양은 또한 제어될 수 있다. 제어 밸브 (166A, 166B)는 전기-염소화 구역 (111) 또는 전기-염소화 구역 (111)의 하류에 위치된 특성 센서 (164)로부터 피드백에 기초하여 제어될 수 있다. 이는 생산된 강한 산화제의 양이 염소화 보조 응고 시스템 (100)으로 도입된 생산수 (102)의 조성에서 변화에 반응하여 추가로 조정되도록 할 수 있다.

도 5에 도시된 바와 같이, 센서 (164), 제어 밸브 (166A), 및 제어 밸브 (166B)는 제어기 (162)에 통신가능하게 연결될 수 있다. 전원 (112)는 또한 제어기 (162)가 전기-염소화 구역 (111)에서 수성 조성물을 통해 통과된 전류의 전압 및/또는 전류 밀도를 제어하기 위해 작동할 수 있도록 제어기 (162)에 통신가능하게 연결될 수 있다. 제어기 (162)는 프로세서 및 메모리 모듈을 포함할 수 있다. 메모리 모듈 상에 저장된 기계 명령은, 프로세서에 의해 실행될 때, 제어기 (162)가 센서 (164)를 사용하여 수성 조성물의 특성을 측정하고, 수성 조성물의 측정된 특성에 기초하여 전원 (112) 또는 제어 밸브 (166A, 166B)를 제어하게 할 수 있다. 예를 들어, 염소화 보조 응고 방법 (100)의 작동은 수성 조성물 또는 처리된 수성 조성물의 특성 측정, 그리고 측정된 특성에 따라 수성 조성물을 통해 통과하는 전류의 전압 또는 전류 밀도 제어를 포함할 수 있다. 일부 구현예에서, 특성은 수성 조성물 또는 처리된 수성 조성물의 산화-환원 전위를 포함할 수 있다. 다른 구현예에서, 염소화 보조 응고 방법 (100)의 작동은 수용액의 제 1 부분, 수성 조성물의 제 2 부분, 또는 처리된 수성 조성물의 특성을 측정하는 단계 그리고 측정된 특성에 기초하여 수성 조성물의 제 1 부분 대 제 2 부분의 비를 조정하는 단계를 포함할 수 있다.

이제 도 6을 참조하면, 일부 구현예에서, 염소화 보조 응고 시스템 (600)은 단일 처리 용기 (140) 및, 선택적으로, 처리 용기 (140)의 하류에 분리 시스템 (108)을 포함할 수 있다. 이들 구현예에서, 전기-염소화 구역 (111) 및 응고 구역 (131)은 전기-염소화 공정, 응고 공정, 및 응집 공정이 동일한 부피 내에서 모두 발생할 수 있도록 동일한 단일 처리 용기 (140) 내에서 공존할 수 있다. 단일 처리 용기 (140)은 양극 (116) 및 음극 (114)와 같은 전극 (174)를 포함할 수 있으며, 이들 모두는 처리 용기 (140)로 도입된 생산수 (102)를 통해 전류 통과를 위하여 전원 (112)에 전기적으로 연결될 수 있다. 일부 구현예에서, 단일 처리 용기 (140)은 100 kPa 내지 1,000 kPa의 압력에서 작동할 수 있는 압력 용기일 수 있다.

도 6을 참조하면, 염소화 보조 응고 시스템 (600)을 사용하는 염소화 보조 응고 방법의 작동에서, 생산수 (102)는 단일 처리 용기 (140) 및 처리 용기 (140) 내에 공존하는 전기-염소화 구역 (111) 및 응고 구역 (131)에 도입될 수 있다. 생산수 (102)에서 염화물 이온은 처리 용기 (140) 내의 생산수 (102)를 통해 전류를 통과시킴으로써 강한 산화제로 전환될 수 있다. 동시에, 처리 용기 (140) 내의 생산수 (102)에서 토종 철 (II) 종은 강한 산화제로 철 (II) 종의 산화를 통해 철 (III) 종으로 전환될 수 있다. 유기 및 무기 오염물은 철 (III) 종에 의해 응고되어 복수의 불용성 고체 입자를 형성할 수 있다. 일부 구현예에서, 보충 철 (II) 화합물 (134)는 생산수 (102) 내의 토종 철 (II)가 모든 유기 및 무기 오염물을 응고시키기에 불충분할 수 있는 상황에서 처리 용기 (140)에 도입될 수 있다. 일부 구현예에서, 응집제 조성물 (136)은 처리 용기 (140)에 도입되어 불용성 고체 입자를 보다 큰 불용성 고체 입자로 응집시킬 수 있다. 그 다음 응고된 생산수 (132)는 분리 시스템 (108)로 통과되어 응고된 생산수 (132)로부터 불용성 고체 입자 (154)를 분리시켜 처리된 생산수 (152)를 생산할 수 있다.

도 6에 도시된 바와 같이 단일 처리 용기 (140)에서 염소화 보조 응고 방법을 수행함으로써 생산수 (102) 처리는 공정을 수행하기 위해 사용된 가공 용기의 수를 감소시킴으로써 다중 용기 구현예에 비해 염소화 보조 응고 시스템 (600)의 자본 비용을 초기에 감소시킬 수 있다. 부가적으로, 단일 처리 용기 (140)에서 염소화 보조 응고 방법에 의한 생산수 (102) 처리는 음극 (114)에서 생산된 수소 가스를 응고된 생산수 (132)로부터 불용성 고체 입자 분리용 부유 분리 공정에 사용할 수 있다. 그러나, 응집제 조성물 (136)이 단일 처리 용기 (140)에 도입될 때, 응집제 조성물은 전기-염소화에 의해 생산된 강한 산화제와 부반응에서 반응할 수 있다. 응집제와 강한 산화제의 부반응은 응집제를 분해하고 그들의 효과성을 감소시켜 불용성 고체 입자를 응집하여 평균 크기를 증가시키고 침강 속도를 증가시킬 수 있다.

도 1 및 4-6에 도시된 염소화 보조 응고 시스템 (100, 600)은 연속적, 반-연속적 또는 회분식으로 작동될 수 있다. 예를 들어, 연속적 작동에서, 생산수 (102)는 염소화 보조 응고 시스템 (100,600)에 연속적으로 도입될 수 있다. 대안적으로, 염소화 보조 응고 시스템 (100, 600)은 분리된 양의 생산수 (102)이 염소화 보조 응고 시스템 (100,600)에 도입되는 회분식 방식으로 작동될 수 있고, 전기-염소화될 수 있고, 응고될 수 있고, 응집될 수 있고, 생산수 (102)의 후속적 분리된 양이 염소화 보조 응고 시스템 (100, 600)에 도입되기 전에 분리될 수 있다.

염소화 보조 응고 방법의 추가의 구현예가 이제 기술될 것이다. 염소화 보조 응고 방법의 일부 구현예에서, 생산수와 같은 수성 조성물을 처리하는 방법은 혐기성 조건 하에서 수성 조성물의 적어도 일부를 통해 전류를 통과시킴으로써 수성 조성물 내의 염화물 이온의 적어도 일부를 차아염소산염 이온 또는 차아염소산으로 전환시키는 단계를 포함할 수 있다. 수성 조성물은 염화물 이온, 철 (II) 화합물, 및 하나 이상의 유기 화합물을 포함할 수 있다. 본 방법은 수성 조성물의 철 (II) 화합물의 적어도 일부를 차아염소산염 또는 차아염소산과 반응시켜 철 (III) 이온을 생산하는 단계, 그리고 하나 이상의 유기 화합물을 철 (III) 이온으로 응고시켜 처리된 수성 조성물에서 복수의 불용성 고체 입자를 생산하는 단계를 추가로 포함할 수 있다.

염소화 보조 응고 방법의 일부 구현예에서, 수성 조성물은 생산수를 포함할 수 있다. 일부 구현예에서, 수성 조성물의 pH는 2.5 내지 8.5 일 수 있다. 대안적으로, 다른 구현예에서, 본 방법은 산성 pH 조건, 예컨대 10.5 내지 12.5의 pH에서 수행될 수 있다. 일부 구현예에서, 전류는 비-희생 전극 사이에서 전류를 통과시킴으로써 수성 조성물을 통해 통과될 수 있다. 일부 구현예에서, 본 방법은 비-희생 전극의 교류 극성을 추가로 포함할 수 있다. 비-희생 전극의 극성은 파형 발생기를 포함하는 전극 극성 교류 발전기에 의해 교대된다. 일부 구현예에서, 본 방법은 수성 조성물에 대하여 비-희생 전극을 회전 또는 순환시키는 단계를 추가로 포함할 수 있다. 비-희생 전극은 전극 회전 시스템에 의해 회전될 수 있다. 전극 회전 시스템은 각각의 비-희생 전극에 연결된 샤프트 그리고 샤프트에 작동가능하게 연결된 구동부를 포함할 수 있으며, 상기 구동부는 수성 조성물에 대하여 샤프트 및 비-희생 전극을 회전시키도록 작동할 수 있다.

일부 구현예에서, 본 방법은 선택적으로 수성 조성물에 보충 철 (II) 화합물을 도입하는 단계를 포함할 수 있다. 또 다른 구현예에서, 본 방법은 응집제를 수성 조성물에 도입함으로써 복수의 불용성 고체 입자를 응집시키는 단계를 포함할 수 있다. 일부 구현예에서, 본 방법은 처리된 수성 조성물로부터 복수의 불용성 고체 입자를 분리시키는 단계를 추가로 포함할 수 있다.

일부 구현예에서, 모든 수성 조성물은 전류를 받을 수 있다. 대안적으로, 다른 구현예에서, 본 방법은 수성 조성물을 제 1 부분 및 제 2 부분으로 분리시키는 단계, 혐기성 조건 하에 수성 조성물의 제 1 부분을 통해 전류를 통과시킴으로써 수성 조성물의 제 1 부분에서의 염화물 이온의 적어도 일부를 차아염소산염 또는 차아염소산으로 전환시키는 단계, 그리고 제 1 부분의 염화물 이온을 차아염소산염 또는 차아염소산으로 전환시킨 후에 수성 조성물의 제 1 부분을 수성 조성물의 제 2 부분과 배합시키는 단계를 추가로 포함할 수 있다.

염소화 보조 응고 방법의 다른 구현예에서, 수성 조성물로부터 유기 및 무기 화합물을 제거하는 공정은 수성 조성물의 제 1 부분을 전기-염소화 구역으로 도입하는 단계를 포함할 수 있다. 수성 조성물은 적어도 염화물 이온, 철 (II) 화합물, 및 하나 이상의 유기 화합물을 포함할 수 있다. 본 방법은 전기-염소화 구역에서 혐기성 조건 하에 수성 조성물의 제 1 부분을 통해 전류를 통과시킴으로써 수성 조성물의 제 1 부분에서 염화물 이온의 적어도 일부를 차아염소산염 또는 차아염소산으로 전환시키는 단계를 추가로 포함할 수 있다. 본 방법은 수성 조성물의 제 1 부분을 응고 구역에서 수성 조성물의 제 2 부분과 배합시키는 단계를 포함할 수 있다. 응고 구역은 전기-염소화 구역의 하류에 있을 수 있고, 수성 조성물의 제 2 부분은 전기-염소화 영역을 우회할 수 있다.

일부 구현예에서, 본 방법은 전기-염소화 구역 또는 응고 구역에서 차아염소산염 또는 차아염소산으로 수성 조성물에서 철 (II) 화합물의 적어도 일부를 산화시켜 철 (III) 이온을 생산하는 단계 그리고 응고 구역에서 하나 이상의 유기 화합물을 철 (III) 이온으로 응고시켜 처리된 수성 조성물에서 복수의 불용성 고체 입자를 생산하는 단계를 추가로 포함할 수 있다. 일부 구현예에서, 본 방법은 응고 구역에서 복수의 불용성 고체 입자를 응집시키는 단계를 추가로 포함할 수 있다. 일부 구현예에서, 복수의 불용성 고체 입자를 응집시키는 단계는 응집제 조성물을 응고 구역에 도입하는 단계를 포함할 수 있다. 일부 구현예에서, 본 방법은 처리된 수성 조성물로부터 불용성 고체 입자를 분리시키는 단계를 추가로 포함할 수 있다.

일부 구현예에서, 응고 구역 및 전기-염소화 구역은 단일 처리 용기 내에 배치될 수 있다. 일부 구현예에서, 수성 조성물은 생산수를 포함할 수 있다. 일부 구현예에서, 전류는 전기-염소화 구역 내에 배치된 비-희생 전극 사이에서 전류를 통과시킴으로써 수성 조성물의 적어도 일부를 통해 통과될 수 있다.

염소화 보조 응고 방법은 또한 신미 생산수 또는 고농도 H₂S를 갖는 다른 수성 조성물로부터 황화수소 가스 (H₂S)를 제거하는 부가적인 이점을 제공할 수 있다. 산성 조건 하에서, 전기-염소화 단계에서 형성된 차아염소산은, 후속적으로 제공되는, 반응 11 및 12 (RXN 11 및 RXN 12)에 따라, 황화수소 (H₂S) 및 이황화물 (HS^-)와 반응하여 원소 황, 물, 및 염화물 이온을 생산한다. 염기성 조건 하에서, 전기-염소화 단계에서 생산된 차아염소산염은, 후속적으로 제공되는, 반응 13 (RXN 13)에 따라, 이황화물 (HS^-)와 반응하여 원소 황, 수산화물 이온, 및 염화물 이온을 생산한다. 원소 황은 응고 동안 양이온과 공침전할 수 있고 생산수로부터 제거될 수 있다.

산성 조건 하에서 차아염소산과 H₂S 및 HS^-와의 반응

염기성 조건 하에서 차아염소산염과 이황화물과의 반응

추가의 황화수소는 황화철 (II)의 용해/가용화를 통해 염소화 보조 응고 방법에서 생산수로부터 제거될 수 있다. 황화철 (II)는 물에 불용성이며, 평형 상수 K 4.16 x 10^-17이다. 따라서 황화철 (II)는 생산수로부터 황화수소의 분자에 의해 용해되거나 가용화되어야 한다. 황화수소에 의한 황화철 (II)의 용해/가용화는, 후속적으로 제공되는, 반응 14 (RXN 14)에 설명된다. 수황화물은 이수황화철 (II)의 분자의 연성 중심이며, 산화 반응은 황에서 쉽고 자발적으로 발생한다 이수황화철 (II)의 산화는 후속적으로 제공되는 반응 15 (RXN 15)에 설명된다.

황화수소로 황화철의 용해

이수황화철 (II)의 산화

추가의 철 (II) 종, 예컨대 염화철 (II) 또는 아세트산철 (II)이 철 (II) 농도를 증가시키기 위해 공정에서 첨가되는 일부 구현예에서, 황화수소 가스는, 황화철 (II)를 생산하기 위한 X-리간드 교환 반응 그리고, 황철광으로도 공지된, 이황화철 (II)를 생산하기 위한 후속 산화를 포함하는, 일련의 부반응에 의한 염소화 보조 응고 방법에서 생산수로부터 제거될 수 있다. 이황화철 (II)는 전기-염소화 공정, 응고 공정, 또는 둘 모두 동안 생산수 (102) 밖으로 침전할 수 있는 불용성 고체이다. 본 개시내용에서 후속적으로 제공된, 반응 16 (RXN 16)은 철 (II) 화합물을 황화철 (II)로 전환시키기 위한 X-리간드 교환 반응을 나타내며, 본 개시내용에서 후속적으로 제공된, 반응 17 (RXN 17)은 황화철 (II)의 이황화철 (II)로의 산화를 나타낸다.

X- 리간드 교환 반응

황화철 (II)의 이황화철 (II)로의 산화

생성된 이황화철 (II) (황철광) 및 황화철 (II), 예컨대 비정질 FeS, 막키나와이트, 및 자황철광은 슬러리의 형태로 부상 공정에 의해 제거될 수 있다. 상술된 바와 같이, 혐기성 조건에서, 전기-염소화 공정의 전극에서 생산된 수소의 미세기포는 유도 가스 부유 (IGF) 공정에서 사용될 수 있다. 따라서, 이 기재된 공정은, 유기 화합물 뿐만 아니라, 금속 황화물 부유 기술을 통해 물로부터 황 종을 제거하는데 사용될 수 있다.

종래의 전기-염소화 또는 응고 공정과 같은 호기성 조건 하에서, 황화수소 및/또는 황화철은, 본 개시내용에서 후속적으로 제공되는, 반응 18 (RXN 18)에 따라 황 원소를 초기에 생산하기 위해 산소와 반응한다.

원소 황에 대한 철 (II) 황화물의 호기성 산화

과잉 산소의 존재 하에서, 원소 황은 부반응으로 계속 반응하여 수용액의 pH 및 반응 조건에 따라 각종 황 화합물 (SO_X), 예컨대 이산화황, 아황산염, 아황산, 황산염, 이황산염, 황산, 또는 이들의 조합을 생산할 수 있다. 충분한 산소가 있으면, 각 중간 황 종은 계속 반응하여 pH에 따라 황산염, 이황산염, 황산, 또는 이들의 조합을 생산할 수 있다.

이전에 논의된 염소화 보조 응고 시스템 및 방법이 복수의 잠재적 이익을 제공한다는 것이 이제는 이해되어야 한다. 염소화 보조 응고 방법의 이점은, 일부 구현예에서, 상기 방법이 영구적인, 비-희생 전극을 사용하기 때문에 상업적으로 이용가능한 전기응고 기술에서와 같이 소모가능한 전극 교체가 필요하지 않음을 포함할 수 있다. 유사하게, 염소화 보조 응고 방법은 폴리머 기반의 흡착제 충전 층 기술 및 호두 껍질 여과 기술과 같은 화학 처리 및 합체 비드 대체물에 비하여 주기적인 소모품 보충을 필요로 하지 않을 수 있다. 염소화 보조 응고 방법은 독성 및/또는 불안정한 화학물질을 현장에 보관할 필요가 없다. 염소화 보조 응고 방법은 보다 소형화될 수 있으며, 석유 생산 설비에서 사용된 종래의 중력 기반 분리기 (WOSEP)가 생산수의 오일 함량을 감소시키는 것에 비해 감소된 공간적 영향을 제공할 수 있다. 염소화 보조 응고 방법은 기존 유성수 처리 공정과 비교하여 오일 및 가스 산업 설비의 공정과 쉽게 인라인 통합될 수 있는 것은 염소화 보조 응집 방법이 가압 용기를 사용하는 무산소 환경에서 작동하도록 설계되기 때문이다. 또한, 염소화 보조 응고 방법은 기계적 필터 또는 임의의 막-기반 기술과 비교하여 작동 사이클에서 세정 시퀀스 필요 없이 연속적으로 또는 반-연속적으로 작동될 수 있다. 본 방법은 제한된 유지 보수가 필요할 수 있고, 그러므로, IGF, DGF 또는 기타 부유 기술과 같은 부유 기술에 비해 가동 중단 시간을 최소화할 수 있다. 염소화 보조 응고 방법은 다량의 생산수의 처리를 가능하게 할 수 있으며, 따라서, 하이드로사이클론, 부유, 여과, 또는 중력 분리와 같은 경쟁 기술보다 잠재적으로 더 적은 자본 비용을 가질 수 있다. 염소화 보조 응고 방법은 또한 오일 생산 및 정제 산업의 여러 가지 적용을 위한 전체 수처리 공정에서 산소 제거제 첨가의 추가 단계가 필요없는 무산소 정제수를 전달할 수 있다. 염소화 보조 응고 방법은 수성 조성물 또는 스트림 중의 무기 또는 유기 성분의 조성 또는 농도에 의해 제한되지 않을 수 있다. 또한, 염소화 보조 응고 방법은 막-기반 기술 및 열 증류 등과 비교하여 H₂S 스크러빙 또는 유적 제거를 위한 전처리의 필요성을 감소 또는 제거할 수 있다. 염소화 보조 응고 방법은 흡착 입자 층 또는 호두 껍질 여과 기술과 비교하여 유닛의 오염 또는 스케일링을 감소 또는 방지할 수 있다. 염소화 보조 응고 방법은 시간에 따라 일정한 작동 성능을 나타낼 수 있고, 희생 전극에 기초한 상업용 전기-응고 기술에서 시간에 따라 변화하는 전극의 크기 및 형태로 인해 성능의 감소를 제공하지 않을 수 있다. 염소화 보조 응고 방법은 또한 희생 전극에 기초한 상업용 전기-응고 기술에 비해 운영 비용이 적을 수 있으며, 다른 이익 중에서, 하이드로사이클론, 부유, 흡착 또는 여과 기술보다 운영 비용이 낮을 수 있다.

실시예

실험은 염소화 보조 응고 방법의 생존력을 입증하기 위해 수행되었다. 염소화 보조 응고 방법의 회분식 실험은 도 7에 도시된 실험실 장치 (700)을 사용하여 수행되었다. 도 7에 도시된 바와 같이, 실험실 장치는 1 리터 비이커 (702), 교반 막대 (704), 자기 교반기 (706), 및 전원 공급기 (708)을 포함하였다. 전원 공급기 (708)은 유선 연결부 (714)에 의해 전극 (710)에 전기적으로 연결되었다. 전극 (710)은 비커 (702)의 최상부에 의해 지지된 전극 지지체 (712)에 의해 비커 (720) 내에 위치되었다.

대조예 1 : 신미 생산수 대조군 샘플

생산수의 샘플은 사우디아라비아의 제 1 원유 생산 공장으로부터 수집되었다. 대조예 1의 생산수 샘플은 가스 스트림의 5 vol.% 내지 20 vol.%의 황화수소 함량을 나타냈고, 그러므로, 본원에서는 "신미 생산수"로서 지칭될 것이다. 추가 실험 전에, 신미 생산수는 pH, 전도도 (밀리지멘스/센티미터 (mS/cm)), 비중, 총 용존 고체 (TDS) (mg/L), 총 부유 고체 (TSS) (mg/L), 및 총 고체 (mg/L)로 분석되었다. 부가적으로, 생산수 샘플은 금속 농도 (mg/L), 음이온 농도 (mg/L), 및 페놀 농도 (중량 백만분율 (ppm))로 분석되었다.

pH는 pH 미터를 사용하여 측정되었고, 비중은 밀도계를 사용하여 측정되었다. TSS는 0.45 마이크로미터 필터를 사용하여 샘플의 부피를 여과한 다음 필터를 건조시킴으로써 결정되었다. TSS 값은 1 리터 샘플에서 TSS의 건조 중량으로 제공된다. TDS는 또한 건조한 상태로 측정되었다. 총 고체 값은 TSS와 TDS의 합계로 제공된다. 백만분율 범위에서 금속 양이온의 농도는 유도 결합 플라즈마 질량 분석기 (ICP-MS)를 사용하여 측정되었다. 십억분율 범위에서 농도로 양이온의 경우, 농도는 유도 결합 플라스마 원자 방출 분광법 (ICP-AES)를 사용하여 측정되었다. 음이온의 농도는 이온성 크로마토그래피 (IC)를 사용하여 측정되었다. 중탄산염, 탄산염, 및 수산화물 이온의 농도는 산-염기 적정을 사용하여 결정되었다. 페놀 농도는 UV 검출기를 사용하여 고성능 액체 크로마토 그래피 (HPLC)로 측정되었다. 대조예 1의 생산수에 대한 시험 방법 및 분석 데이터는, 본 개시내용에서 후속적으로 제공되는, 표 1에 제공된다.

실시예 2 : 염소화 보조 응고 방법 사용하는 신미 생산수의 처리

대조예 1의 신미 생산수 1 리터의 양은 눈금 실린더에서 측정되었고, 도 7의 실험실 장치 (700) 내의 비이커 (702)에 첨가되었다. 전극 (710)은 비커 (702) 내의 신미 생산수에 적어도 부분적으로 침수되었다. 신미 생산수는 처리 전에 투명한 녹색 용액으로 보였다. 신미 생산수는 2 분 동안 0.82 암페어의 전류 및 2.9V의 전압을 받았다. 처리 후, 신미 생산수는 흑색 현탁액으로 변회되었다. 현탁액은 유리솜상에서 여과되어 고체를 제거하고 실시예 2의 처리수를 생산하였다. 실시예 2의 처리수는 대조예 1에서 전술된 특성으로 분석되었고, 그 결과는 본 개시내용에서 후속적으로 제공된 표 1에 보고된다.

비교예 3 : 상업적으로 이용가능한 산화제로 산미 생산수의 처리

대조예 1의 신미 생산수 1 리터의 양은 눈금 실린더에서 측정되었고, 도 7의 실험실 장치 (700) 내의 비이커 (702)에 첨가되었고 상업적으로 이용가능한 산화제인 차아염소산칼슘 (Ca(OCl)₂) 0.5030 그램은 신미 생산수에 첨가되었다. 생산수와 Ca(OCl)₂의 수용액은 그 다음 1 분 동안 400 회전/분 (rpm)으로 교반되었다. 생성된 현탁액은 유리솜상에서 여과되어 고체를 제거하고 비교예 3의 처리수를 생산하였다. 비교예 3의 처리수는 대조예 1에서 전술된 특성으로 분석되었고, 그 결과는 본 개시내용에서 후속적으로 제공된 표 1에 보고된다.

실시예 4 : 실시예 2의 염소화 보조 응고 방법과 비교예 3의 상업적으로 이용가능한 산화제의 비교.

본 개시내용에서 후속적으로 제공된 표 1은 대조예 1, 실시예 2 및 비교예 3에 대한 분석 데이터를 포함한다.

표 1의 데이터에 의해 나타낸 바와 같이, 실시예 2의 염소화 보조 응고 방법은 대조예 1의 생산수에서 페놀의 양에 비교하여 구현예 2의 생산수에서 페놀 화합물의 제거를 초래하였다. 실시예 2의 염소화 보조 응고 방법의 결과는, 상업적으로 이용가능한 산화제를 전극에 의해 인가된 전류없이 첨가함으로써 생산되었던, 비교예 3의 처리수에 대한 결과와 필적하였다. 이는 실시예 2의 염소화 보조 응고 방법이 비교예 3과 같은 종래의 상업적으로 이용가능한 산화제를 사용하는 공정에 필적하는 처리 성능을 제공할 수 있음을 입증한다. 그러나, 실시예 2의 염소화 보조 응고 방법은 상업적으로 이용가능한 산화제를 첨가하기보다는 이미 존재하는 염화물 이온으로부터 현장에서 산화제를 생산함으로써 비용을 절감할 수 있다. 또한, 염소화 보조 응고 방법은 이미 이온 농도가 높은 수성 조성물에 더 많은 이온 종을 첨가 할 필요가 없다. 염소화 보조 응고 방법은 또한 다량의 산화제를 저장하고 처리할 필요를 없앰으로써 종래의 공정보다 안전하다. 전류의 제어는 수용액에 산화제를 첨가하는 것에 의존하는 종래의 공정과 비교하여 수성 조성물 중의 산화제의 양의 개선된 제어를 가능하게할 수 있다.

실시예 5 : 염소화 보조 응고 방법 동안 보충 철 (II) 화합물 첨가의 효과

실시예 5에서, 대조예 1의 신미 생산수 1 리터의 양은 눈금 실린더에서 측정되었고, 도 7의 실험실 장치 (700) 내의 비커 (702)에 첨가되었다. 전극 (710)은 비커 (702) 내의 신미 생산수에 적어도 부분적으로 침수되었다. FeSO₄의 양 0.0502 그램은 신미 생산수에 첨가되었다. 신미 생산수 및 FeSO₄의 혼합물은 2 분 동안 0.98 암페어의 전류 및 3.7 V의 전압을 받았다. 생성된 현탁액은 유리솜상에서 여과되어 고체를 제거하고 실시예 5의 처리수를 생산하였다. 실시예 5의 처리수는 대조예 1에서 전술된 특성으로 분석되었고, 그 결과는, 본 개시내용에서 후속적으로 제공되는, 표 2에 보고된다.

실시예 6 : 염소화 보조 응고 방법 동안 다량의 보충 철 (II) 화합물 첨가의 효과

실시예 6에서, 대조예 1의 신미 생산수 1 리터의 양은 눈금 실린더에서 측정되었고, 도 7의 실험실 장치 (700) 내의 비이커 (702)에 첨가되었다. 전극 (710)은 비커 (702) 내의 신미 생산수에 적어도 부분적으로 침수되었다. 황산철 (II) (FeSO₄) 0.5010 그램의 양은 신미 생산수에 첨가되었다. 신미 생산수에 첨가된 황산 철 (II)의 양은 실시예 5에 비해 실시예 6에서 증가되었다. 신미 생산수 및 실시예 6의 FeSO₄의 혼합물은 2 분 동안 0.96 암페어의 전류 및 3.7 V의 전압을 받았다. 생성된 현탁액은 유리솜상에서 여과되어 고체를 제거하고 실시예 6의 처리수를 생산하였다. 실시예 6의 처리수는 대조예 1에서 전술된 특성으로 분석되었고, 그 결과는, 본 개시내용에서 후속적으로 제공되는, 표 2에 보고된다.

실시예 7 : 보충 철 화합물 없이 비교예 6 및 실시예 2의 상업적으로 이용가능한 산화제와 실시예 5의 비교.

본 개시내용에서 후속적으로 제공된, 표 2는 대조예 1, 실시예 5, 및 실시예 6에 대한 분석 데이터를 포함한다. 표 2는 또한, 보충 철 화합물 FeSO₄의 첨가를 포함하지 않았던 염소화 보조 응고 방법을 사용하여 처리된, 실시예 2에 대한 분석 데이터를 포함한다.

표 2의 데이터에 의해 나타난 바와 같이, 실시예 5 및 6의 염소화 보조 응고 방법에 의해 처리된 신미 생산수에, 보충 철 (II) 종, FeSO₄의 첨가는 보충 철 (II) 종의 첨가 없이 실시예 2의 염소화 보조 응고 방법에 의한 신미 생산수의 처리와 비교하여 다른 화학 화합물의 제거에 거의 또는 전혀 영향을 미치지 않았다. 따라서, 표 2의 데이터는 염소화 보조 응고 방법이 처리 전 또는 처리 동안 생산수에 보충 철 (II) 종 도입 없이 생산수의 충분한 처리를 제공할 수 있음을 입증한다. 실시예 5에서 신미 생산수에 철 (II) 종의 첨가는 실시예 2와 비교하여 신미 생산수에서 철 플록의 양을 증가시키는 것으로 관찰되었다. 그러나, 철 (II) 농도가 실시예 6에서 501 mg/L로 증가되었을 때, 2 분의 반응 시간은, 대조예 1, 실시예 2 및 실시예 5에 대해 1 mg/L 미만의 철 농도와 비교하여 실시예 6의 처리된 신미 생산수에서 측정된 5 mg/l의 철의 농도에 의해 나타난 바와 같이, 모든 철 (II)를 철 (III)으로 변화시키는데 충분하지 않았다.

실시예 8 : 염소화 보조 응고 방법 후 응집제 조성물 첨가의 효과

실시예 8에서, 대조예 1의 신미 생산수 1 리터의 양은 눈금 실린더에서 측정되었고, 도 7의 실험실 장치 (700) 내의 비이커 (702)에 첨가되었다. 전극 (710)은 비커 (702) 내의 신미 생산수에 적어도 부분적으로 침수되었다. 신미 생산수는 2 분 동안 0.90 암페어의 전류 및 3.7V의 전압을 받았다. 전류 중단 후, 상업적으로 이용가능한 응집제인 키토산 0.5038 그램은 생성된 현탁액에 첨가되었고, 키토산 및 현탁액의 혼합물을 5 분 동안 혼합되었다. 키토산의 첨가에 따라 침강 속도가 증가되는 것이 관찰되었다. 생성된 현탁액은 유리솜상에서 여과되어 고체를 제거하고 실시예 8의 처리수를 생산하였다. 현탁액에 키토산의 첨가는 키토산 없이보다 더욱 쉽게 현탁액을 여과하였다. 실시예 8의 처리수는 대조예 1에서 전술된 특성으로 분석되었고, 그 결과는, 본 개시내용에서 후속적으로 제공되는, 표 3에 보고된다. 표 3은 또한 비교 목적으로 대조예 1 및 실시예 2에 대한 분석 데이터를 포함한다.

표 3의 분석 데이터는 생산수를 통해 전류를 통과시킨 후 상업적으로 이용가능한 응집제의 첨가가 생산수로부터 특정 음이온 종의 제거를 개선할 수 있음을 보여준다. 예를 들어, 전류로 처리 후 응집제가 첨가된, 실시예 8의 처리수는, 상업적으로 이용가능한 응집제의 첨가를 포함하지 않았던, 실시예 2의 처리수와 비교하여 실질적으로 더 적은 중탄산염 및 더 적은 플루오르화물 및 브롬화물 음이온을 포함하였다.

대조예 9 : 생산수 대조군 샘플

신미 생산수의 제 2 샘플은 사우디아라비아의 제 1 오일 생산 공장으로부터 수득되었다. 추가 실험 전에, 신미 생산수는 pH, 전도도 (밀리지멘스/센티미터 (mS/cm)), 비중, 총 용존 고체 (TDS) (mg/L), 총 부유 고체 (TSS) (mg/L), 및 총 고체 (mg/L)로 분석되었다. 부가적으로, 생산수 샘플은 금속 농도 (mg/L), 음이온 농도 (mg/L), 및 페놀 농도 (중량 백만분율 (ppm))으로 분석되었다. 대조예 9의 생산수에 대한 분석 데이터는, 본 개시내용에서 후속적으로 제공된, 표 4에 제공된다.

실시예 10 : 산성 pH 조건 하에 응집제 첨가가 있는 염소화 보조 응고 방법.

실시예 10에서, 대조예 9의 신미 생산수 1 리터의 양은 눈금 실린더에서 측정되었고, 도 7의 실험실 장치 (700) 내의 비커 (702)에 첨가되었다. 신미 생산수의 pH는 6.2이었다. 염소화 보조 응고 방법에 의한 처리가 산성 조건 하에 수행되도록 pH는 조정되지 않았다. 전극 (710)은 비커 (702) 내의 신미 생산수에 적어도 부분적으로 침수되었다. 신미 생산수는 60 분 동안 0.95 내지 0.96 암페어의 전류 및 3.6 - 3.7 V의 전압을 받았다. 전류의 중단 후, 상업적으로 이용가능한 응집제인 키토산 5.0198 그램은 생성된 현탁액에 첨가되었고, 키토산 및 현탁액의 혼합물은 10 분 동안 혼합되었다. 생성된 현탁액은 유리솜상에서 여과되어 고체를 제거하고 실시예 10의 처리수를 생산하였다. 실시예 10의 처리수는 대조예 9에서 전술된 특성으로 분석되었고, 그 결과는, 본 개시내용에서 후속적으로 제공되는, 표 4에 보고된다.

염소화 보조 응고 방법에 관한 반응 시간의 효과를 평가하기 위해, 실시예 10의 반응 시간은 실시예 8의 2 분에서 60 분으로 증가되었다. 그러나, 실시예 8의 처리된 신미 생산수 (표 3에 이전에 제시된 실시예 8의 결과 참조)와 실시예 10의 처리된 신미 생산수 (표 4에 후속적으로 제공된 실시예 10의 결과 참조) 사이에 조성에서 유의미한 차이는 관찰되지 않았다. 실시예 10 및 실시예 8의 결과 비교는 염화물의 전기분해 및 철 (II)의 철 (III)으로의 산화 반응의 순차적 반응이 2 분 미만의 반응 시간으로 매우 신속하다는 것을 나타낸다.

실시예 10에서 키토산 응집제의 양은 또한 실시예 8에서 사용된 키토산 응집제 0.5038 그램과 비교하여 5.0198 그램으로 증가되었다. 처리된 신미 생산수에 첨가된 응집제의 양을 증가시키는 것은 실시예 8과 비교하여 실시예 10의 처리된 신미 생산수에서의 침강 속도 또는 무기 성분의 농도를 실질적으로 변화시키지 않는다는 것이 관찰되었다.

실시예 11 : 염기성 pH 조건 하에서 응집제 첨가가 있는 염소화 보조 응고 방법.

실시예 11에서, 대조예 9의 신미 생산수 1 리터의 양은 눈금 실린더에서 측정되었고, 도 7의 실험실 장치 (700) 내의 비커 (702)에 첨가되었다. 신미 생산수의 pH는 6.8791 그램의 수산화칼륨 펠렛의 첨가에 의해 최대 pH 8로 조정되었다. 전극 (710)은 비커 (702) 내의 신미 생산수에 적어도 부분적으로 침수되었다. 신미 생산수는 60 분 동안 0.92 암페어의 전류 및 3.8V의 전압을 받았다. 전류의 중단 후, 상업적으로 이용가능한 응집제인 키토산 5.1367 그램은 생성된 현탁액에 첨가되었고, 키토산 및 현탁액의 혼합물은 10 분 동안 혼합되었다. 생성된 현탁액은 유리솜상에서 여과되어 고체를 제거하고 실시예 11의 처리수를 생산하였다. 실시예 11의 처리수는 대조예 9에서 전술된 특성으로 분석되었고, 그 결과는, 본 개시내용에서 후속적으로 제공되는, 표 4에 보고된다.

비교예 12 : 응집제 단독으로 생산수의 처리

비교예 12에서, 대조예 9의 신미 생산수 1 리터의 양은 눈금 실린더로 측정되었고, 도 7의 실험실 장치 (700) 내의 비커 (702)에 첨가되었다. 신미 생산수의 pH는 6.5824 그램의 수산화칼륨 펠릿의 첨가에 의해 pH 8로 조정되었다. 신미 생산수에 5.2898 그램의 키토산은 첨가되었고, 생산수와 키토산의 혼합물은 10 분 동안 혼합되었다. 비교예 12의 신미 생산수에 산화제는 첨가되지 않았다. 혼합물은 전류가 흐르지 않았다. 생성된 현탁액은 유리솜상에서 여과되어 고체를 제거하고 비교예 12의 처리수를 생산하였다. 비교예 12의 처리수는 대조예 9에서 전술된 특성으로 분석되었고, 그 결과는, 본원에서 후속하여 제공되는, 표 4에 보고된다. 비교예 12의 생산수의 pH 증가는 더 많은 양이온이 불용성 금속 수산화물로서 침전되고/되거나는 금속 수산화물과 공침전되게 하였다. 예를 들어, 셀레네이트가 수산화철 (III)과 공침전되는 것이 관찰되었다.

실시예 13 : 응집제 첨가가 있는 염소화 보조 응고 방법에 관한 pH 조건의 효과를 평가하기 위한 실시예 10, 실시예 11 및 비교예 12의 비교

본 개시내용에서 후속적으로 제공된, 표 4는 대조예 9, 실시예 10, 실시예 11, 및 비교예 12에 대한 분석 데이터를 포함한다.

표 4에 나타낸 바와 같이, 실시예 10에서처럼, 산성 조건 하에 염소화 보조 응고 방법 수행은 대조예 9의 생산수와 비교하여 생산수로부터 특정 금속, 특히 칼슘, 마그네슘, 나트륨, 셀레늄, 아연, 및 스트론튬의 환원을 초래하였다. 산성 조건은 또한 대조예 9와 비교하여 실시예 10의 처리수에서 플루오르화물, 브롬화물, 염화물, 황산염 및 중탄산염 음이온과 같은 음이온의 감소를 초래하였다. 실시예 11에서처럼, 염기성 조건 하에 염소화 보조 응고 방법 수행은 대조예 9의 생산수와 비교하여 생산수로부터 금속 칼슘, 마그네슘, 나트륨, 셀레늄, 아연, 및 스트론튬 그리고 음이온 플루오르화물, 브롬화물, 염화물, 황산염, 및 중탄산염의 유사한 감소를 나타냈다. 그러나, 실시예 11의 염기성 조건 하에 달성된 칼슘, 마그네슘, 스트론튬, 플루오르화물 음이온, 브롬화물 음이온, 황산 음이온, 및 중탄산 이온의 감소의 크기는 실시예 10의 산성 조건 하에 달성된 감소보다 실질적으로 더 컸다.

실시예 10 (pH 6.2)에 비해 실시예 11에서 pH를 8로 증가시킴으로써 수산화물 및 탄산염 이온의 농도가 증가되었어도, 칼슘, 마그네슘, 스트론튬, 플루오르화물, 브롬화물, 및 황산염 이온의 농도는 실시예 10과 비교하여 금속 수산화물의 침전 및 공침전에 의해 실시예 11에서 크게 감소되었다. 또한, 염소화 보조 응고 방법을 염기성 조건 (실시예 11)에 적용함으로써 페놀과 같은 유기 물질의 농도는 현저하게 감소되었다.

대조예 14 : 감미 생산수 대조군 샘플

생산수의 샘플은 사우디아라비아의 제 2 원유 생산 공장에서 수집되었다. 대조예 14의 생산수 샘플은 가스 스트림의 5 vol.% 미만의 낮은 황화수소 함량을 나타냈고, 그러므로, 본원에서 "감미 생산수"로서 지칭될 것이다. 추가 실험 전에, 감미 생산수는 pH, 전도도 (밀리지멘스/센티미터 (mS/cm)), 비중, 총 용존 고체 (TDS) (mg/L), 총 부유 고체 (TSS) (mg/L), 및 총 고체 (mg/L)로 분석되었다. 부가적으로, 감미 생산수 샘플은 금속 농도 (mg/L), 음이온 농도 (mg/L), 및 페놀 농도 (중량 백만분율 (ppm))로 분석되었다. 대조예 14의 감미 생산수에 대한 분석 데이터는, 본 개시내용에서 후속적으로 제공되는, 표 5에 제공된다.

실시예 15 : 염소화 보조 응고 방법으로 감미 생산수의 처리

실시예 15에서는, 대조예 14의 감미 생산수 1 리터의 양은 눈금 실린더에서 측정되었고, 도 7의 실험실 장치 (700) 내의 비이커 (702)에 첨가되었다. 전극 (710)은 비커 (702) 내의 감미 생산수에 적어도 부분적으로 침수되었다. 감미 생산수는 처리 전에 깨끗하고 약간 밝은 녹색 용액으로 보였다. 감미 생산수는 2 분 동안 0.96 암페어의 전류 및 3.4V의 전압을 받았다. 처리 기간이 끝날 때까지, 감미 생산수는 흐리고 밝은 갈색의 현탁액으로 변화되었다. 현탁액은 유리솜상에서 여과되어 고체를 제거하고 실시예 15의 처리수를 생산하였다. 실시예 15의 처리수는 대조예 14에서 전술된 특성으로 분석되었고, 그 결과는, 본 개시내용에서 후속적으로 제공되는, 표 5에 제공된다.

비교예 16 : 상업적으로 이용가능한 산화제로 감미 생산수의 처리

비교예 16에 대하여, 대조예 14의 감미 생산수 1 리터의 양은 눈금 실린더로 측정되었고, 도 7의 실험실 장치 (700) 내의 비커 (702)에 첨가되었고, 상업적으로 이용가능한 산화제인, 0.5196 그램의 차아염소산칼슘 (Ca(OCl)₂)는 감미 생산수에 첨가되었다. 생산수와 Ca(OCl)₂의 수용액은 1 분 동안 400 회전/분 (rpm)으로 교반되었다. 생성된 현탁액은 유리솜상에서 여과되어 고체를 제거하고 비교예 16의 처리수를 생산하였다. 비교예 16의 처리수는 대조예 14에서 전술된 특성으로 분석되었고, 그 결과는, 본 개시내용에서 후속적으로 제공되는, 표 5에 보고된다.

실시예 17 : 실시예 15의 염소화 보조 응고 방법과 비교예 16의 상업적으로 이용가능한 산화제와의 비교.

본 개시내용에서 후속적으로 제공된, 표 5는 대조예 14, 실시예 15, 및 비교예 16에 대한 분석 데이터를 포함한다.

표 5의 데이터에 의해 나타난 바와 같이, 실시예 15의 염소화 보조 응고 방법은 실시예 14의 생산수로부터 페놀 화합물의 제거를 초래하였다. 실시예 15의 염소화 보조 응고 방법의 결과는, 전극에 의해 인가된 전류 없이 상업적으로 이용가능한 산화제를 첨가함으로써 생산되었던, 비교예 16의 처리수에 대한 결과와 필적하였다. 이는 실시예 15의 염소화 보조 응고 방법이 비교예 16과 같은 종래의 상업적으로 이용가능한 산화제를 사용하는 공정에 필적하는 처리 성능을 제공할 수 있음을 입증한다. 그러나, 실시예 15의 염소화 보조 응고 방법은 상업적으로 이용가능한 산화제를 첨가하기 보다는 생산수에 이미 존재하는 염화물 이온으로부터 산화제를 제 위치로 생산함으로써 비용을 절감할 수 있다.

비교예 16에서 수행된 처리와 같은 종래의 화학 처리에서, 염화칼슘 첨가의 경우 칼슘과 같이 처리 중에 첨가되는 이온 종이 처리 공정에 악영향을 줄 수 있는 것은, 이들 추가의 이온이 저장소에서 막힘에 참여할 수 있거나 배관 및 장비의 스케일링에 기여할 수 있기 때문이다. 고 TDS 수에서, 염화물 이온만큼 양성인 이온의 첨가는, 염화나트륨과 같은 염분의 조기 침전을 유발시킬 수 있는, 고 TDS 수의 전체 이온 균형을 파괴할 수 있다. 이들 고 TDS 수에서, 공통 이온 효과는 쉽고 자주 발생한다.

실시예 15의 처리된 감미 생산수에 대하여, 알루미늄, 염화물, 황산염, 브롬화물, 및 중탄산염 이온의 감소가 관찰되었다. 실시예 15의 무기 종의 농도가 실시예 14의 농도보다 낮았어도, 실시예 15에서 철의 농도 (14 mg/L)는 비교예 16의 종래의 화학 처리에 비해 여전히 더 크다. 이 결과는 적은 양의 철이 감미 생산수에 염의 첨가를 필요로 하는 종래의 화학 처리보다 동등하거나 더 나은 결과를 얻기에 충분할 수 있음을 나타낸다. 이들 결과는 또한 고 이온성 수성 조성물 (예를 들어, 감미 생산수)에서 염소화 보조 응고 방법이 공정 중에 이온을 침전 또는 공침전시키기에 충분한 수성 조성물의 이온 균형을 불안정화시킬 수 있음을 보여준다.

실시예 18 : 감미 생산수의 염소화 보조 응고 방법 동안 보충 철 (II) 화합물 첨가의 효과

실시예 18에서, 대조예 14의 감미 생산수 1 리터의 양은 눈금 실린더에서 측정되었고, 도 7의 실험실 장치 (700) 내의 비커 (702)에 첨가되었다. 전극 (710)은 비커 (702) 내의 감미 생산수에 적어도 부분적으로 침수되었다. 감미 생산수에 황산철 (II) (FeSO₄) 0.0510 그램의 양은 첨가되었다. 감미 생산수 및 FeSO₄의 혼합물은 2 분 동안 0.96 암페어의 전류 및 3.6 V의 전압을 받았다. 생성된 현탁액은 유리솜상에서 여과되어 고체를 제거하고 실시예 18의 처리수를 생산하였다. 실시예 18의 처리수는 대조예 14에서 전술된 특성으로 분석되었고, 그 결과는, 본 개시내용에서 후속적으로 제공되는, 표 6에 보고된다.

실시예 19 : 감미 생산수의 염소화 보조 응고 방법 동안 보충 철 (II 화합물의 더 많은 양의 첨가의 효과

실시예 19에서, 대조예 14의 감미 생산수 1 리터의 양은 눈금 실린더로 측정되었고, 도 7의 실험실 장치 (700) 내의 비커 (702)에 첨가되었다. 전극 (710)은 비커 (702) 내의 감미 생산수에 적어도 부분적으로 침수되었다. 감미 생산수에 황산철 (II) (FeSO₄) 0.5059 그램의 양은 첨가되었다. 감미 생산수 및 FeSO₄의 혼합물은 2 분 동안 0.95 암페어의 전류 및 3.6 V의 전압을 받았다. 생성된 현탁액은 유리솜상에서 여과되어 고체를 제거하고 실시예 19의 처리수를 생산하였다. 실시예 19의 처리수는 대조예 14에서 전술된 특성으로 분석되었고, 그 결과는, 본 개시내용에서 후속적으로 제공되는, 표 6에 보고된다.

실시예 20 : 보충 철 화합물 없이 실시예 15 및 비교예 19의 상업적으로 이용가능한 산화제와 실시예 18의 비교.

본 개시내용에서 후속적으로 제공된, 표 6은 대조예 14, 실시예 18, 및 비교예 19에 대한 분석 데이터를 포함한다. 표 6은 또한, 염소화 보조 응고 방법을 이용하여 처리되었지만 보충 철 화합물, FeSO₄의 첨가를 포함하지 않았던, 실시예 15에 대한 분석 데이터를 포함한다.

표 6의 데이터에 의해 나타난 바와 같이, 실시예 18 및 19의 염소화 보조 응고 방법에 의해 처리된 감미 생산수에, 보충 철 (II) 종, FeSO₄의 첨가는, 보충 철의 첨가 없이 수행되었던, 실시예 15의 염소화 보조 응고 방법에 의한 감미 생산수의 처리와 비교하여 다른 화학 화합물의 제거에 거의 또는 전혀 영향을 미치지 않았다. 따라서, 표 6의 데이터는 염소화 보조 응고 방법이 처리 전 또는 처리 동안 생산수에 보충 철 (II) 종 도입 없이 생산수의 충분한 처리를 제공할 수 있음을 입증한다.

황산철 (II) (51.0 mg/L)의 첨가는 실시예 15 및 대조예 14의 감미 생산수와 비교하여 실시예 18의 감미 생산수 중의 철 (II)의 양을 증가시킨다. 그러나, 실시예 18의 처리된 감미 생산수의 분석은 실시예 15의 처리된 감미 생산수와 비교하여 거의 차이를 나타내지 않았다. 또한, 실시예 18 및 19의 2 분의 반응 시간은 실시예 2 및 5의 처리된 신미 생산수와 비교하여 실시예 18 및 19의 처리된 감미 생산수에서 첨가된 철 (II) 종 모두를 철 (III)으로 변화시키는데 충분하지 않았다. 이 예기치 않은 결과를 요약하면, 감미 생산수에 이미 존재하는 철 (II) 종의 농도가 홀로 응고의 공정을 수행하기에 충분하였기 때문에, 감미 생산수는 추가 철 (II) 종을 첨가할 필요가 없었다.

실시예 21 : 염소화 보조 응고 방법 후 응집제 조성물 첨가의 효과

실시예 21에서, 대조예 14의 감미 생산수 1 리터의 양은 눈금 실린더에서 측정되었고, 도 7의 실험실 장치 (700) 내의 비이커 (702)에 첨가되었다. 전극 (710)은 비커 (702) 내의 감미 생산수에 적어도 부분적으로 침수되었다. 감미 생산수는 2 분 동안 0.93 암페어의 전류 및 3.5 V의 전압을 받았다. 전류의 중단 후에, 상업적으로 이용가능한 응집제인 키토산 0.5039 그램은 생성된 현탁액에 첨가되었고, 키토산 및 현탁액의 혼합물은 5 분 동안 혼합되었다. 키토산의 첨가에 따라 침강 속도가 증가하는 것이 관찰되었다. 생성된 현탁액은 유리솜상에서 여과되어 고체를 제거하고 실시예 21의 처리수를 생산하였다. 실시예 21의 처리수는 대조예 14에서 전술된 특성으로 분석되었고, 그 결과는, 본 개시내용에서 후속적으로 제공되는, 표 7에 보고된다. 표 7은 또한 비교의 목적으로 대조예 14 및 실시예 15에 대한 분석 데이터를 포함한다.

표 7의 데이터는 생산수를 통해 전류를 통과시킨 후 상업적으로 이용가능한 응집제의 첨가가 염소화 보조 응고 방법의 작동이 응집제 없이 수행되었던 실시예 15와 비교하여 대조예 14의 감미 생산수로부터 금속 및 음이온 제거에 관하여 많은 효과가 없었음을 나타낸다. 처리 후 응집제의 첨가가 실시예 15의 처리수와 비교하여 실시예 21의 처리수 중의 철 농도를 감소시키는 것이 관찰되었다. 따라서, 응집제의 첨가는 처리된 감미 생산수로부터 철 플록의 제거를 도울 수 있다.

실시예 22 : 산성 pH 조건 하에서 응집제 첨가가 있는 염소화 보조 응고 방법.

실시예 22에서, 대조예 14의 감미 생산수의 양은 도 7의 실험실 장치 (700) 내의 비커 (702)에 첨가되었다. 감미 생산수의 pH는 6.1이었다. 염소화 보조 응고 방법에 의한 처리가 산성 조건 하에 수행되도록 pH는 조정되지 않았다. 전극 (710)은 비커 (702) 내의 감미 생산수에 적어도 부분적으로 침수되었다. 감미 생산수는 60 분 동안 0.95 내지 0.96 암페어의 전류 및 3.6 - 3.7V의 전압을 받았다. 전류의 중단 후, 상업적으로 이용가능한 응집제인 키토산 5.0246 그램은 생성된 현탁액에 첨가되었고, 키토산 및 현탁액의 혼합물은 10 분 동안 혼합되었다. 생성된 현탁액은 유리솜상에서 여과되어 고체를 제거하고 실시예 22의 처리수를 생산하였다. 실시예 22의 처리수는 대조예 14에서 전술된 특성에 대해 분석하였고, 그 결과는, 본 개시내용에서 후속적으로 제공되는, 표 8에 보고된다.

염소화 보조 응고 방법에 관한 반응 시간의 효과를 평가하기 위해, 실시예 22의 반응 시간은 실시예 21에서의 2 분에서 60 분으로 증가되었다. 그러나, 실시예 21의 처리된 감미 생산수 (표 7에서 이전에 제시된 실시예 21에 대한 결과 참조)와 실시예 22의 처리된 감미 생산수 (표 8에서 이후에 제공된 실시예 22에 대한 결과 참조) 사이에 유의한 차이는 관찰되지 않았다. 실시예 22 및 실시예 21의 결과의 비교는 염화물의 전기분해 및 철 (II)의 철 (III)으로의 산화 반응의 순차 반응이 2 분 미만의 반응 시간으로 매우 신속하다는 것을 나타낸다.

실시예 22에서 키토산 응집제의 양은 또한 실시예 21에서 사용된 키토산 응집제 0.5039 그램과 비교하여 5.0246 그램으로 증가되었다. 처리된 감미 생산수에 첨가된 응집제의 양을 증가시키는 것은 실시예 21과 비교하여 실시예 22의 처리된 감미 생산수 중의 침전 속도 또는 무기 성분의 농도를 실질적으로 변화시키지 않는다는 것이 관찰되었다.

실시예 23 : 염기성 pH 조건 하에서 응집제 첨가가 있는 염기화 보조 응고 방법.

실시예 23에서, 대조예 14의 감미 생산수 1 리터의 양은 눈금 실린더에서 측정되었고, 도 7의 실험실 장치 (700) 내의 비이커 (702)에 첨가되었다. 감미 생산수의 pH는 염소화 보조 응고 방법의 염기성 조건을 만들기 위해 pH 8로 조정되었다. pH는 7.5114 그램의 수산화칼륨 펠렛을 첨가함으로써 조정되었다. 전극 (710)은 비커 (702) 내의 감미 생산수에 적어도 부분적으로 침수되었다. 감미 생산수는 60 분 동안 1.05 암페어의 전류 및 3.5 V의 전압을 받았다. 전류의 중단 후, 상업적으로 이용가능한 응집제인 키토산 5.1389 그램은 생성된 현탁액에 첨가되었고, 키토산 및 현탁액의 혼합물은 10 분 동안 혼합되었다. 생성된 수성 현탁액은 유리솜상에서 여과되어 고체를 제거하고 실시예 23의 처리수를 생산하였다. 실시예 23의 처리수는 대조예 14에서 전술된 특성으로 분석되었고, 그 결과는, 본 개시내용에서 후속적으로 제공되는, 표 8에 보고된다.

비교예 24 : 응집제만으로 감미 생산수의 처리

비교예 24에서, 대조예 14의 감미 생산수 1 리터의 양은 눈금 실린더에서 측정되었고, 도 7의 실험실 장치 (700) 내의 비커 (702)에 첨가되었다. 감미 생산수의 pH는 7.6253 그램의 수산화칼륨 펠릿을 첨가함으로써 pH 8로 조정되었다. 키토산 5.0634 그램의 양은 감미 생산수에 첨가되었고, 생산수 및 키토산의 혼합물은 10 분 동안 혼합되었다. 산화제는 비교예 24의 감미 생산수에 첨가되지 않았다. 혼합물은 전류가 흐르지 않았다. 생성된 현탁액은 유리솜상에서 여과되어 고체를 제거하고 비교예 24의 처리수를 생산하였다. 비교예 24의 처리수는 대조예 14에서 전술된 특성에 대해 분석하였고, 그 결과는, 본 개시내용에서 후속적으로 제공되는, 표 8에 보고된다. pH를 증가시킴으로써, 더 많은 양이온이 불용성 금속 수산화물로 침전하였고 더 낮은 pH와 비교하여 금속 수산화물과 공침전하는 것이 관찰되었다. 예를 들어, 셀레나이트가 철 (III) 수산화물과 공침전되는 것이 관찰되었다.

실시예 25 : 응집제 첨가가 있는 염소화 보조 응고 방법을 사용하여 감미 생산수의 처리에 관한 pH 조건의 효과를 평가하기 위한 실시예 22, 실시예 23, 및 비교예 24의 비교

본 개시내용에서 후속적으로 제공된, 표 8은 대조예 14, 실시예 22, 실시예 23, 및 비교예 24에 대한 분석 데이터를 포함한다.

표 8에 나타낸 바와 같이, 실시예 22에서처럼, 산성 조건 하에서 염소화 보조 응고 방법 수행은 대조예 14의 생산수와 비교하여 생산수로부터 특정 금속, 특히 알루미늄, 칼슘, 마그네슘, 망간, 및 나트륨의 감소를 초래하였다. 산성 조건은 또한 대조예 14와 비교하여 실시예 22의 처리수에서 플루오르화물, 황산염, 및 중탄산염 음이온과 같은 음이온에서 감소를 초래하였다. 실시예 23에서처럼, 염기성 조건 하에서 염소화 보조 응고 방법 수행은 대조예 14의 생산수와 비교하여 생산수로부터 금속 알루미늄, 칼슘, 및 마그네슘 그리고 음이온 플루오르화물, 황산염, 및 중탄산염에서 유사한 감소를 나타냈다. 염기성 조건 하에서 염소화 보조 응고 방법 수행은, 대조예 14 및 실시예 22와 비교하여, 바륨 및 스트론튬의 농도 감소를 초래하였다. 실시예 22 및 23의 결과는 염소화 보조 응고 방법이 산성 및 염기성 조건 하에서 효과적일 수 있음을 입증한다. 또한, 염소화 보조 응고 방법은 이미 이온 농도가 높은 수성 조성물에 더 많은 이온 종을 첨가할 필요가 없다. 염소화 보조 응고 방법은 또한 다량의 산화제를 저장하고 처리할 필요를 없앰으로써 종래의 공정보다 안전하다. 전류의 제어는 수용액에 산화제를 첨가하는 것에 의존하는 종래의 공정과 비교하여 수성 조성물에서 산화제의 양의 개선된 제어를 가능하게할 수 있다.

실시예 26 : 전극 물질에 관한 염소화 보조 응고 방법의 효과

염소화 보조 응고 방법의 실험은 도 7과 관련하여 이전에 기재된 실험실 장치 (700)을 사용하여 수행되었다. 실험은 전극 (710)에 대해 상이한 전극 재료가 수행되었다. 제 1 실험은 백금으로 제조된 전극 (710)으로 수행되었고, 제 2 실험은 탄탈로 제조된 전극 (710)으로 수행되었다. 백금 전극을 사용한 제 1 실험 그리고 탄탈 전극을 사용한 제 2 실험 모두에서, 2 분의 반응 주기와 60 분의 반응 시간으로 감미 생산수의 1 리터 샘플에서 염소화 보조 응고 방법은 수행되었다. 각각의 실험에서, 염소화 보조 응고 방법은 H₂S의 농도가 더 큰 신미 생산수의 1 리터 샘플로 반복되었다. 본 방법은 신미 생산수에서 2 분 동안 그리고 60 분 동안 수행되었다.

전극 물질은 물의 전기분해 및/또는 염수의 전기분해를 위한 비-희생 전극으로서 사용하기 위해 공지된 물질이었다. 그러나, 백금 전극이 염소화 보조 응고 방법의 조건 하에서 백금 전극의 부식으로 인해 이 용도에 적합하지 않을 수 있음이 관찰되었다. 두 실험 모두에서, 감미 생산수에 대해 그리고 신미 생산수에 대해 2 분의 짧은 반응 시간 후에 전극의 부식은 관찰되지 않았다. 신미 생산수가 60 분의 반응 시간 동안 처리된 때, 백금 전극은 상당한 부식을 나타냈다. 60 분 동안 감미 생성수의 처리는 신미 생산수와 비교하여 백금 전극의 부식이 현저히 감소하지만; 60 분 동안 감미 생산수를 처리한 후 백금 전극에서 구멍 부식이 보였다. 60 분 동안 감미 생산수 또는 신미 생산수의 처리 후 탄탈 전극에서 상당한 부식은 관찰되지 않았다.

도 8을 참조하면, 신미 생산수 및 60 분의 반응 시간으로 수행된 실험후 얻어진 백금 전극 (850)의 사진은 백금 전극 (850)이, 백금 전극 (850)의 둥근 모서리 (852)에 의해 보여진 바와 같이, 백금 전극 (850)의 상당한 부식의 손실을 초래하는 상당한 부식을 경험한다는 것을 보여준다. 도 9를 참조하면, 신미 생산수 및 60 분의 반응 시간으로 수행된 실험후 얻어진 탄탈 전극 (860)의 사진은 예기치 않게 탄탈 전극 (860)의 부식을 거의 나타내지 않는다. 따라서, 탄탈 전극 (860)은 다른 종래의 전이 금속 전극과 비교하여 염소화 보조 응고 방법에서 전극으로서 사용하기에 더욱 적합할 수 있다. 이 결과는 예상치 못하며, 따라서, 전극 물질의 선택은 전극의 부식을 감소 또는 방지를 초래할 수 있다.

본 개시내용의 제 1 양태는 수성 조성물을 처리하기 위한 방법에 관한 것이며, 상기 방법은 혐기성 조건 하에, 수성 조성물이 염화물 이온, 철 (II) 화합물, 및 하나 이상의 유기 화합물을 포함하는, 수성 조성물의 적어도 일부를 통해 전류를 통과시킴으로써 수성 조성물에서 염화물 이온의 적어도 일부를 차아염소산염 이온 또는 차아염소산으로 전환시키는 단계를 포함한다. 상기 방법은 수성 조성물의 철 (II) 화합물의 적어도 일부를 차아염소산염 또는 차아염소산과 반응시켜 철 (III) 이온을 생산하는 단계 그리고 하나 이상의 유기 화합물을 철 (III) 이온으로 응고시켜 처리된 수성 조성물에서 복수의 불용성 고체 입자를 생산하는 단계를 추가로 포함할 수 있다.

본 개시내용의 제 2 양태는 전류가 1.5 볼트 (V) 이상의 전압을 갖는 제 1 양태를 포함할 수 있다.

본 개시내용의 제 3 양태는 전류가 1.5 V 내지 5.0 V의 전압을 갖는 제 1 양태 또는 제 2 양태 중 어느 하나를 포함할 수 있다.

본 개시내용의 제 4 양태는 전류의 전류 밀도가 1 밀리암페어/제곱센티미터 내지 1 암페어/제곱센티미터인 제 1 내지 제 3 양태 중 어느 하나를 포함할 수 있다.

본 개시내용의 제 5 양태는 수성 조성물이 유전 생산수의 조성물을 포함하는 제 1 내지 제 4 양태 중 어느 하나를 포함할 수 있다.

본 개시내용의 제 6 양태는 수성 조성물의 pH가 2.5 내지 8.5인 제 1 내지 제 5 양태 중 어느 하나를 포함할 수 있다.

본 개시내용의 제 7 양태는 수성 조성물의 pH가 10.5 내지 12.5인 제 1 내지 제 6 양태 중 어느 하나를 포함할 수 있다.

본 개시내용의 제 8 양태는 전류가 비-희생 전극을 갖는 수성 조성물을 통해 통과되는 제 1 내지 제 7 양태 중 어느 하나를 포함할 수 있다.

본 개시내용의 제 9 양태는 비-희생 전극이 지르코늄, 몰리브덴, 금, 은, 탄탈, 텅스텐, 크롬, 탄소, 황, 규소, 또는 이들 물질의 산화물 중 하나 이상을 포함하는 외부 표면을 갖는 제 8 양태를 포함할 수 있다.

본 개시내용의 제 10 양태는 비-희생 전극의 극성을 교대하는 단계를 추가로 포함하는 제 8 또는 제 9 양태 중 어느 하나를 포함할 수 있다.

본 개시내용의 제 11 양태는 비-희생 전극의 극성이 파형 발생기를 포함하는 전극 극성 교류 발전기에 의해 교대되는 제 10 양태를 포함할 수 있다.

본 개시내용의 제 12 양태는 수성 조성물에 대해 비-희생 전극을 회전시키는 단계를 추가로 포함하는 제 8 내지 제 11 양태 중 어느 하나를 포함할 수 있다.

본 개시내용의 제 13 양태는 비-희생 전극이 비-희생 전극의 각각에 연결된 샤프트 그리고 샤프트에 작동가능하게 연결된 구동부를 포함하는 전극 회전 시스템에 의해 회전되고, 상기 구동부가 샤프트 및 비-희생 전극을 수성 조성물에 대해 회전시키는 작동을 하는 제 12 양태를 포함할 수 있다.

본 개시내용의 제 14 양태는 응집제를 수성 조성물에 도입함으로써 복수의 불용성 고체 입자를 응집시키는 단계를 추가로 포함하는 제 1 내지 제 13 양태 중 어느 하나를 포함할 수 있다.

본 개시내용의 제 15 양태는 처리된 수성 조성물로부터 복수의 불용성 고체 입자를 분리시키는 단계를 추가로 포함하는 제 1 내지 제 14 양태 중 어느 하나를 포함할 수 있다.

본 개시내용의 제 16 양태는 보충 철 (II) 화합물을 수성 조성물에 도입하는 단계를 추가로 포함하는 제 1 내지 제 15 양태 중 어느 하나를 포함할 수 있다.

본 개시내용의 제 17 양태는 수성 조성물 또는 처리된 수성 조성물의 특성을 측정하는 단계 그리고 측정된 특성에 응답하여 수성 조성물을 통해 통과하는 전류의 전압 또는 전류 밀도를 제어하는 단계를 추가로 포함하는 제 1 내지 제 16 양태 중 어느 하나를 포함할 수 있다.

본 개시내용의 제 18 양태는 상기 특성이 산화-환원 전위를 포함하는 제 17 양태를 포함할 수 있다.

본 개시내용의 제 19 양태는 모든 수성 조성물이 전류를 받는 제 1 내지 제 18 양태 중 어느 하나를 포함할 수 있다.

본 개시내용의 제 20 양태는 수성 조성물을 제 1 부분 및 제 2 부분으로 분리시키는 단계, 혐기성 조건 하에서 수성 조성물의 제 1 부분을 통해 전류를 통과시킴으로써 수성 조성물의 제 1 부분에서 염화물 이온의 적어도 일부를 차아염소산염 또는 차아염소산으로 전환시키는 단계, 그리고 제 1 부분에서 염화물 이온의 차아염소산염 또는 차아염소산으로의 전환 후 수성 조성물의 제 1 부분을 수성 조성물의 제 2 부분과 배합하는 단계를 추가로 포함하는 제 1 내지 제 19 양태 중 어느 하나를 포함할 수 있다.

본 개시내용의 제 21 양태는 수용액의 제 1 부분, 수성 조성물의 제 2 부분, 또는 처리된 수성 조성물의 특성을 측정하는 단계, 그리고 측정된 특성에 기초하여 수성 조성물의 제 1 부분 대 제 2 부분의 비를 조정하는 단계를 추가로 포함하는 제 20 양태를 포함할 수 있다.

본 개시내용의 제 22 양태는 수성 조성물이 페놀 화합물을 포함하고 처리된 수성 조성물이 0.01 중량 ppm 미만의 페놀 화합물을 처리 후에 포함하는 제 1 내지 제 21 양태 중 어느 하나를 포함할 수 있다.

본 개시내용의 제 23 양태는 수성 조성물이 0.1 중량 퍼센트 이상의 원유를 포함하고 처리된 수성 조성물이 50 밀리그램/리터 미만 원유를 처리 후에 포함하는 제 1 내지 제 22 양태 중 어느 하나를 포함할 수 있다.

본 개시내용의 제 24 양태는 본 방법이 100 킬로파스칼 내지 1,000 킬로파스칼의 압력 및 25 섭씨 온도 내지 80 섭씨 온도의 온도에서 수행되는 제 1 내지 제 23 양태 중 어느 하나를 포함할 수 있다.

본 개시내용의 제 25 양태는 수성 조성물이 황화수소를 포함하고 처리된 수성 조성물이 수성 조성물보다 적은 농도의 황화수소를 포함하는 제 1 내지 제 24 양태 중 어느 하나를 포함할 수 있다.

본 개시내용의 제 26 양태는 수성 조성물로부터 무기 양이온 종을 공침전시키는 단계 그리고 처리된 수성 조성물로부터 공침전된 무기 양이온 종을 분리시키는 단계를 추가로 포함하는 제 1 내지 제 25 양태 중 어느 하나를 포함할 수 있다.

본 개시내용의 제 27 양태는 수성 조성물을 전기-염소화 구역으로 통과시키는 단계로서, 수성 조성물 중의 염화물 이온의 적어도 일부가 전기-염소화 구역에서 차아염소산염 이온 또는 차아염소산으로 전환되는, 단계, 그리고 전기-염소화 구역으로부터 전기-염소화 구역의 하류에 있는 응고 구역으로 수성 조성물을 통과시키는 단계를 추가로 포함하는 제 1 내지 제 26 양태 중 어느 하나를 포함할 수 있다.

본 개시내용의 제 28 양태는 수성 조성물을 제 1 부분 및 제 2 부분으로 분리시키는 단계, 수성 조성물의 제 1 부분을 전기-염소화 구역으로 통과시키는 단계, 응고 구역으로 바이패스 라인을 통해 수성 조성물의 제 2 부분을 통과시키는 단계, 수성 조성물의 제 1 부분을 전기-염소화 구역으로부터 응고 구역으로 통과시키는 단계, 그리고 응고 구역에서 수성 조성물의 제 1 부분을 수성 조성물의 제 2 부분과 배합시키는 단계를 추가로 포함하는 제 27 양태를 포함할 수 있다.

본 개시내용의 제 29 양태는 수성 조성물로부터 유기 화합물을 제거하기 위한 방법에 관한 것으로, 상기 방법은 수성 조성물의 적어도 일부를 전기-염소화 구역에 도입하는 단계를 포함하며, 상기 수성 조성물은 적어도 염화물 이온, 철 (II) 화합물, 및 하나 이상의 유기 화합물을 포함한다. 상기 방법은 전기-염소화 구역에서 혐기성 조건 하에 상기 수성 조성물을 통해 전류를 통과시킴으로써 상기 수성 조성물에서 염화물 이온의 적어도 일부를 차아염소산염 또는 차아염소산으로 전환시키는 단계, 전기-염소화 구역에서 또는 응고 구역에서 철 (II) 화합물의 적어도 일부를 차아염소산염 또는 차아염소산으로 산화시켜 철 (III) 이온을 생산하는 단계, 응고 구역에서 하나 이상의 유기 화합물을 철 (III) 이온으로 응고시켜 수성 조성물에서 복수의 불용성 고체 입자를 생산하는 단계, 그리고 수성 조성물로부터 불용성 고체 입자의 적어도 일부를 분리시켜, 이로써 수성 조성물로부터 유기 화합물의 적어도 일부를 제거하는 단계를 추가로 포함한다.

본 개시내용의 제 30 양태는 응고 구역이 전기-염소화 구역의 하류에 있는 제 29 양태를 포함할 수 있다.

본 개시내용의 제 31 양태는 응고 구역 및 전기-염소화 구역이 단일 처리 용기에 있는 제 29 양태를 포함할 수 있다.

본 개시내용의 제 32 양태는 전기-염소화 구역에서 또는 전기-염소화 구역의 하류에서 수성 조성물의 전위 특성을 측정하는 단계를 추가로 포함하는 제 29 내지 제 31 양태 중 어느 하나를 포함할 수 있다.

본 개시내용의 제 33 양태는 전기-염소화 구역에서 수성 조성물을 통해 통과하는 전류의 전압 또는 전류 밀도를 제어하는 단계 또는 전기-염소화 구역에 도입되는 수성 조성물의 적어도 일부의 유속을 조정하는 단계로서, 상기 제어 또는 조정이 상기 전기-염소화 구역에서 또는 상기 전기-염소화 구역의 하류에서 상기 수성 조성물의 측정된 특성에 기초하는, 단계들을 추가로 포함하는 제 32 양태를 포함할 수 있다.

본 개시내용의 제 34 양태는 수성 조성물을 처리하기 위한 시스템에 관한 것이며, 상기 시스템은 용기 그리고 상기 용기 내에 배치된 복수의 전극을 포함하는 전기-염소화 시스템을 포함하며, 상기 전기-염소화 시스템은 복수의 전극을 갖는 용기 내에 배치된 수성 조성물을 통해 전류를 통과시킴으로써 수성 조성물에서 염화물 이온의 적어도 일부를 차아염소산염 또는 차아염소산으로 전환시키도록 작동가능한데, 여기서 상기 전극 각각은 지르코늄, 몰리브덴, 금, 은, 탄탈, 텅스텐, 크롬, 탄소, 황, 규소, 또는 이들 물질의 산화물 중 하나 이상을 포함하는 외부 표면을 갖는 비-희생 전극을 포함하고 복수의 전극은 용기 내에 배치된 수성 조성물을 통해 1.5 V 초과 전류 전위로 전류를 통과시키도록 작동가능하다. 상기 시스템은 전기-염소화 시스템의 하류에서 응고 용기를 추가로 포함한다.

본 개시내용의 제 35 양태는 전기-염소화 용기에서 또는 응고 용기의 하류에서 위치된 적어도 하나의 특성 센서를 추가로 포함하는 제 34 양태를 포함할 수 있다.

본 개시내용의 제 36 양태는 전기-염소화 시스템 주위에 그리고 직접 응고 용기에 수성 조성물의 적어도 일부를 통과시키도록 작동가능한 바이패스 라인을 추가로 포함하는 제 34 또는 제 35 양태 중 어느 하나를 포함할 수 있다.

본 개시내용의 제 37 양태는 바이패스 라인 내에 배치된 제어 밸브를 추가로 포함하고, 상기 제어 밸브는 상기 전기-염소화 용기에서 또는 상기 전기-염소화 용기의 하류에서 특성 센서 위치에 의해 결정되는 측정된 특성에 응답하여 상기 전기-염소화 용기에 상기 수성 조성물의 일부의 유속을 제어하도록 작동가능한, 제 36 양태를 포함할 수 있다.

본 출원에서 표현된 임의의 양적 값은 폐쇄된 또는 부분적으로 폐쇄된 구현예 뿐만 아니라 "포함하는" 또는 "포괄하는" 연결구와 일치하는 개방형 구현예를 포함하는 것으로 간주될 수 있다.

본 발명의 주제는 특정 구현예를 참조하여 상세하게 설명되었다. 구현예의 구성요소 또는 특징의 임의의 상세한 설명은 구성 요소 또는 특징이 특정 구현예 또는 임의의 다른 구현예에 필수적이라는 것을 반드시 의미하지 않는다는 것이 이해되어야 한다. 청구된 주제의 다양한 양태가 본원에 설명되었어도, 그러한 양태는 조합하여 이용될 필요는 없다. 또한, 청구된 주제의 사상과 범위를 벗어나지 않는 한 기재된 구현예들에 대한 다양한 변형과 수정이 가능함은 당업자에게 자명할 것이다.

용어 "실질적으로" 및 "약"은 임의의 정량적 비교, 값, 측정, 또는 다른 표현에 기인될 수 있는 불확실성의 고유한 정도를 나타내기 위해 본원에서 이용될 수 있음이 유의되어야 한다. 이들 용어는 또한 문제의 주제에 대한 기본 기능의 변화를 초래하지 않으면서 정량적 표현이 명시된 참조와 다를 수 있는 정도를 나타내기 위해 본원에서 이용된다.

Claims (37)

1. 수성 조성물을 처리하기 위한 방법으로서,
   혐기 조건 하에 수성 조성물의 적어도 일부를 통해 전류를 통과시킴으로써 수성 조성물에서 염화물 이온의 적어도 일부를 차아염소산염 이온 또는 차아염소산으로 전환시키는 단계로서, 상기 수성 조성물이 염화물 이온, 철 (II) 화합물, 및 하나 이상의 유기 화합물을 포함하는, 단계;
   상기 수성 조성물의 상기 철 (II) 화합물의 적어도 일부를 상기 차아염소산염 또는 차아염소산과 반응시켜 철 (Ⅲ) 이온을 생성하는 단계; 및
   상기 하나 이상의 유기 화합물을 상기 철 (III) 이온으로 응고시켜 처리된 수성 조성물에서 복수의 불용성 고체 입자를 생성하는 단계를 포함하는, 방법.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 전류가 1.5 볼트 (V) 이상의 전압을 갖는, 방법.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 전류가 1.5V 내지 5.0V의 전압을 갖는, 방법.
4. 제 1 항에 있어서, 상기 전류의 전류 밀도가 1 밀리암페어/제곱센티미터 내지 1 암페어/제곱센티미터인, 방법.
5. 제 1 항에 있어서, 상기 수성 조성물이 유전 생산수의 조성물을 포함하는, 방법.
6. 제 1 항에 있어서, 상기 수성 조성물의 pH가 2.5 내지 8.5 인, 방법.
7. 제 1 항에 있어서, 상기 수성 조성물의 pH가 10.5 내지 12.5 인, 방법.
8. 제 1 항에 있어서, 상기 전류가 비-희생 전극이 있는 수성 조성물을 통해 통과되는, 방법.
9. 제 8 항에 있어서, 상기 비-희생 전극이 지르코늄, 몰리브덴, 금, 은, 탄탈, 텅스텐, 크롬, 탄소, 황, 규소, 또는 이들의 산화물 중 하나 이상을 포함하는 외부 표면을 갖는, 방법.
10. 제 8 항에 있어서, 상기 비-희생 전극의 교대 극성을 추가로 포함하는, 방법.
11. 상기 비-희생 전극의 극성이 파형 발생기를 포함하는 전극 극성 교류발전기에 의해 교대되는, 제 10 항에 따른, 시스템.
12. 상기 수성 조성물에 대해 상기 비-희생 전극을 회전시키는 단계를 추가로 포함하는, 제 8 항에 따른, 시스템.
13. 제 12 항에 있어서, 상기 비-희생 전극이 상기 비-희생 전극의 각각에 연결된 샤프트 및 상기 샤프트에 작동가능하게 연결된 구동부를 포함하는 전극 회전 시스템에 의해 회전되며, 상기 구동부는 상기 수성 조성물에 대해 상기 샤프트 및 상기 비-희생 전극을 회전시키도록 동작가능한 구동부를 포함하는, 시스템.
14. 제 1 항에 있어서, 상기 수성 조성물에 응집제를 도입시킴으로써 복수의 불용성 고체 입자를 응집시키는 단계를 추가로 포함하는, 방법.
15. 제 1 항에 있어서, 상기 처리된 수성 조성물로부터 복수의 불용성 고체 입자를 분리시키는 단계를 추가로 포함하는, 방법.
16. 제 1 항에 있어서, 상기 수성 조성물에 보충 철 (II) 화합물을 도입시키는 단계를 추가로 포함하는, 방법.
17. 제 1 항에 있어서, 상기 수성 조성물 모두가 전류를 받는, 방법.
18. 제1항에 있어서,
    상기 수성 조성물 또는 상기 처리된 수성 조성물의 특성을 측정하는 단계; 및
    상기 측정된 특성에 응답하여 상기 수성 조성물을 통해 통과하는 상기 전류의 전압 또는 전류 밀도를 제어하는 단계를 추가로 포함하는, 방법.
19. 제 18 항에 있어서, 상기 특성이 산화-환원 전위를 포함하는, 방법.
20. 제 1 항에 있어서,
    상기 수성 조성물을 제 1 부분 및 제 2 부분으로 분리시키는 단계;
    혐기성 조건 하에 상기 수성 조성물의 제 1 부분을 통해 전류를 통과시킴으로써 상기 수성 조성물의 제 1 부분에서 상기 염화물 이온의 적어도 일부를 차아염소산염 또는 차아염소산으로 전환시키는 단계; 및
    제 1 부분에서 상기 염화물 이온을 차아염소산염 또는 차아염소산으로 전환시킨 후에 상기 수성 조성물의 제 1 부분을 상기 수성 조성물의 제 2 부분과 화합시키는 단계를 추가로 포함하는, 방법.
21. 제 20 항에 있어서,
    상기 수용액의 제 1 부분, 상기 수성 조성물의 제 2 부분, 또는 상기 처리된 수성 조성물의 특성을 측정하는 단계; 및
    상기 측정된 특성에 기초하여 상기 수성 조성물의 제 1 부분 대 제 2 부분의 비를 조정하는 단계를 추가로 포함하는, 방법.
22. 제 1 항에 있어서, 상기 수성 조성물이 페놀 화합물을 포함하고 상기 처리된 수성 조성물이, 처리 후, 0.01 중량 백만분율 미만을 포함하는, 방법.
23. 제 1 항에 있어서, 상기 수성 조성물이 0.1 중량 퍼센트 이상의 원유를 포함하고 상기 처리된 수성 조성물이, 처리 후, 50 밀리그램/원유 리터 미만을 포함하는, 방법.
24. 제 1 항에 있어서, 상기 방법이 100 킬로파스칼 내지 1,000 킬로파스칼의 압력 및 25 섭씨 온도 내지 80 섭씨 온도의 온도에서 수행되는, 방법.
25. 제 1 항에 있어서, 상기 수성 조성물이 황화수소를 포함하고 상기 처리된 수성 조성물이 상기 수성 조성물 미만의 황화수소의 농도를 포함하는, 방법.
26. 제 1 항에 있어서, 상기 수성 조성물로부터 무기 양이온 종을 공침전시키는 단계 및 상기 처리된 수성 조성물로부터 상기 공침전된 무기 양이온 종을 분리시키는 단계를 추가로 포함하는, 방법.
27. 제 1 항에 있어서,
    상기 수성 조성물을 전기-염소화 구역으로 통과시키는 단계로서, 상기 수성 조성물에서 염화물 이온의 적어도 일부가 상기 전기-염소화 구역에서 차아염소산염 이온 또는 차아염소산으로 전환되는, 단계; 및
    상기 수성 조성물을 전기-염소화 구역으로부터 상기 전기-염소화 구역의 하류에 있는 응고 구역으로 통과시키는 단계를 추가로 포함하는, 방법.
28. 제 27 항에 있어서,
    상기 수성 조성물을 제 1 부분 및 제 2 부분으로 분리시키는 단계;
    상기 수성 조성물의 제 1 부분을 상기 전기-염소화 구역으로 통과시키는 단계;
    상기 수성 조성물의 제 2 부분을 바이패스 라인을 통해 상기 응고 구역으로 통과시키는 단계;
    상기 수성 조성물의 제 1 부분을 상기 전기-염소화 구역으로부터 상기 응고 구역으로 통과시키는 단계; 및
    상기 응고 구역에서 상기 수성 조성물의 제 1 부분을 상기 수성 조성물의 제 2 부분과 배합시키는 단계를 추가로 포함하는, 방법.
29. 상기 수성 조성물로부터 유기 화합물을 제거하기 위한 방법으로서,
    상기 수성 조성물의 적어도 일부를 전기-염소화 구역에 도입시키는 단계로서, 상기 수성 조성물이 적어도 염화물 이온, 철 (II) 화합물, 및 하나 이상의 유기 화합물을 포함하는, 단계;
    상기 전기-염소화 구역에서 혐기성 조건 하에 상기 수성 조성물을 통해 전류를 통과시킴으로써 상기 수성 조성물에서 염화물 이온의 적어도 일부를 차아염소산염 또는 차아염소산으로 전환시키는 단계;
    전기-염소화 구역에서 또는 응고 구역에서 상기 차아염소산염 또는 차아염소산으로 수성 조성물에서 상기 철 (II) 화합물의 적어도 일부를 산화시켜 철 (III) 이온을 생성하는 단계;
    상기 응고 구역에서 상기 하나 이상의 유기 화합물을 상기 철 (III) 이온으로 응고시켜 상기 수성 조성물에서 복수의 불용성 고체 입자를 생성하는 단계; 및
    상기 수성 조성물로부터 상기 불용성 고체 입자의 적어도 일부를 분리시켜, 상기 유기 화합물의 적어도 일부를 상기 수성 조성물로부터 제거하는 단계를 포함하는, 방법.
30. 제 29 항에 있어서, 상기 응고 구역이 상기 전기-염소화 구역의 하류에 있는, 방법.
31. 제 29 항에 있어서, 상기 응고 구역 및 상기 전기-염소화 구역이 단일 처리 용기에 있는, 방법.
32. 제 29 항에 있어서, 상기 전기-염소화 구역에서 또는 상기 전기-염소화 구역의 하류에서 상기 수성 조성물의 전위 특성을 측정하는 단계를 추가로 포함하는, 방법.
33. 제 32 항에 있어서, 상기 전기-염소화 구역에서 상기 수성 조성물을 통해 통과하는 상기 전류의 전압 또는 전류 밀도를 제어하는 단계 또는 상기 전기-염소화 구역에 도입된 상기 수성 조성물의 적어도 일부의 유량을 조정하는 단계를 추가로 포함하되, 상기 제어 또는 상기 조정이 상기 전기-염소화 구역에서 또는 상기 전기-염소화 구역의 하류에서 상기 수성 조성물의 측정된 상기 특성에 기초하는, 방법.
34. 수성 조성물을 처리하기 위한 시스템으로서,
    용기 및 상기 용기 내에 배치된 복수의 전극을 포함하고, 복수의 전극을 가진 상기 용기 내에 배치된 상기 수성 조성물을 통해 전류를 통과시킴으로써 상기 수성 조성물에서 염화물 이온의 적어도 일부를 차아염소산염 또는 차아염소산으로 전환시키도록 작동시킬 수 있는 전기-염소화 시스템으로서, , 상기 전극 각각은 지르코늄, 몰리브덴, 금, 은, 탄탈, 텅스텐, 크롬, 탄소, 황, 규소, 또는 이들 물질의 산화물 중 하나 이상을 포함하는 외부 표면을 갖는 비-희생 전극을 포함하고 복수의 전극은 상기 용기 내에 배치된 상기 수성 조성물을 통해 1.5V 초과의 전류 전위로 상기 전류를 통과시키도록 동작가능한, 상기 전기-염소화 시스템; 및
    상기 전기-염소화 시스템의 하류에 있는 응고 용기를 포함하는, 시스템.
35. 제 34 항에 있어서, 상기 전기-염소화 용기에서 또는 상기 응고 용기의 하류에서 위치하는 적어도 하나의 특성 센서를 추가로 포함하는, 시스템.
36. 제 34 항에 있어서, 상기 전기-염소화 시스템 주위에 그리고 직접 상기 응고 용기로 상기 수성 조성물의 적어도 일부를 통과시키도록 동작가능한 바이패스 라인을 추가로 포함하는, 시스템.
37. 제 36 항에 있어서, 상기 바이패스 라인에 배치된 제어 밸브를 추가로 포함하며, 상기 제어 밸브가 상기 전기-염소화 용기에서 또는 상기 전기-염소화 용기의 하류에서 특성 센서 위치에 의해 결정되는 측정된 특성에 응답하여 상기 전기-염소화 용기로의 수성 조성물의 일부의 유량을 제어하도록 동작가능한, 시스템.
    

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