KR20200013816A - 공정 스트림 처리를 위한 촉매 시스템 및 방법 - Google Patents

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차드 엘. 펠치
매튜 알. 패터슨
브라이언 제이. 컴퍼
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지멘스 에너지, 인코포레이티드
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Abstract

촉매 시스템(catalytic system)들 및 공정 스트림(process stream)들을 처리하는 방법들이 기술된다. 촉매 습식 산화 기술 및 가수분해 기술은 가수분해된 폴리아크릴아미드(HPAM; hydrolyzed polyacrylamide) 및 키네틱 수화물 억제제(KHI; kinetic hydrate inhibitor)와 같은 하나 이상의 요망되지 않는 구성성분들을 처리하기 위해 사용될 수 있다. 메탄은 적어도 일부 구체예들과 관련하여 생산될 수 있다.

Description

공정 스트림 처리를 위한 촉매 시스템 및 방법{CATALYTIC SYSTEMS AND METHODS FOR PROCESS STREAM TREATMENT}
본 발명은 일반적으로, 공정 스트림(process stream)들의 처리, 및 보다 특히, 촉매 습식 산화(catalytic wet oxidation) 및 가수분해 시스템(hydrolysis system)들, 및 그 안의 요망되지 않는 구성성분들을 처리하는 방법들에 관한 것이다.
에너지(energy) 및 제작 요구들을 충족시키기 위하여, 오일(oil) 및 가스(gas)는 일상적으로 지하 자원(underground source)들로부터 추출된다. 통상적인 오일 및 가스 추출은 물 집약적 공정(water intensive process)이다. 생산수(produced water)는 통상적으로 지역 수원(local water source)들로 배출시키기에 적합하지 않고, 폐기용 지하 우물(underground well)들에 주입될 수 있다. 대안적으로, 생산수는 이를 다양한 용도들을 위해 적합하게 제공하도록 처리될 수 있다.
통상적인 오일 또는 가스 추출 작업에서, 주입된 물은 오일 또는 가스를 우물 헤드(well head)에서의 표면으로 유도하기 위해 사용될 수 있다. 형성 표면들에서 혼합물 또는 에멀젼(emulsion)으로서의 주입된 물 및/또는 존재하는 물(existing water)은 오일 및 가스 생성물들을 포함하는 "생산수"로서 알려져 있다. 생산수 중 물 부분 및 오일 부분은 다양한 단위 작업(unit operation)들에 의해 분리된다. 분리된 물 스트림(water stream)의 부분들은 이의 의도된 용도에 따라 상이한 처리 작업들로 처리될 수 있다. 물 스트림의 의도된 용도들은 영구 우물 폐기 또는 수공법(waterflooding)을 위한 재주입을 포함할 수 있다. 대안적으로, 의도된 용도는 개선된 수질, 예를 들어, 관개(irrigation)용 수질을 필요로 할 수 있다.
생산수의 특징(characteristic)들 및 성분들은 이를 운반하는 배관 시스템(piping system)에 유해할 수 있다. 예를 들어, 깊은 우물(deep well) 적용들의 상황에서, 보다 차가운 온도들에서, 생산수로부터의 유기물들이 특히, 큰 압력 저하가 존재하는 경우에, 생산수를 운반하는 파이프(pipe)들의 벽들 상에 유기물 얼음(organic ice)(수화물)을 형성시킨다.
유기물 얼음의 문제는 이전에는 생산수에 글리콜(glycol)의 첨가를 통해 다루어졌지만, 그러한 공정은 고가이고, 효과적이기 위해서는 비교적 고농도의 글리콜을 필요로 한다. 또한, 글리콜은 후속하여 제거되어야 하는데, 이는 전체 처리 공정에 추가적인 단계를 부가하는 것이다.
키네틱 수화물 억제제(kinetic hydrate inhibitor) "KHI"(또한, "LDHI" 저용량 수화물 억제제(low dose hydrate inhibitor)로서 알려져 있음)가 보다 낮은 농도들로 도입될 수 있는 경우에, 아이싱(icing)을 억제하기 위한 글리콜에 대한 대안으로서 제공된다.
KHI가 글리콜에 비해 확실한 장점들을 누리지만, 이러한 것들은 또한 단점들을 지니고 있다. 예를 들어, KHI는 일반적으로 40℃ 내지 80℃ 범위의 혼탁점(cloud point)을 갖는다.
그러한 온도 범위에서의 생산수 용액은 KHI의 침전으로부터 탁하게 될 수 있다. 몇몇 규제 기관들은 이러한 탁한 용액이 저장소(reservoir)들을 막히게 할 수 있음을 우려하고 있고, 이에 따라, KHI를 함유한 생산수들의 깊은 우물 재주입을 금지하였다. 결과적으로, 이러한 적용들에서의 이들의 사용이 제한되었다.
KHI는 높은 중량의 유기 폴리머(organic polymer)들의 한 부류이다. KHI는 특정 생산수들 중에 존재하는 다른 부류의 높은 중량의 폴리머들, 즉 HPAM(가수분해된 폴리아크릴아미드(hydrolyzed polyacrylamide))와 몇몇 유사한 성질들을 공유한다. HPAM은 종종 향상된 오일 회수(EOR; enhanced oil recovery)로서 지칭되는 더욱 일반적인 공정의 일부로서 지하로부터 오일을 제거하는데 도움을 주기 위해 점도를 증가시킨다. 오일 또는 가스 제거에 도움을 주기 위한 HPAM에 의해 야기된 점도의 증가는 분리하기 어려운 에멀젼들을 형성시킴에 따라 후속하여 생산수에 적용되는 분리 공정들에 대한 장애가 된다. 결과적으로, HPAM은 바람직하게, 스트림(stream)의 점도를 감소시키고 분리를 돕기 위해 생산수 처리 동안 몇몇 단계에서 제거된다.
KHI 및 HPAM 각각은 생산수의 화학적 산소 요구량(COD; chemical oxygen demand)에 기여한다. 생산수에서 COD의 다른 공급원(source)들은 경질 탄화수소(light hydrocarbon)들 및 다른 유기물들을 포함한다.
하나 이상의 양태들에 따르면, 수성 혼합물(aqueous mixture)을 처리하는 방법이 제공된다. 이러한 방법은 처리 용기에 KHI 및 HPAM 중 적어도 하나를 포함하는 수성 혼합물을 도입하고; 처리 용기에서 또는 처리 용기의 업스트림(upstream)에서 수성 혼합물을 대기압 초과 압력(superatmospheric pressure)으로 처리하고; 처리 용기에서 또는 처리 용기의 업스트림에서 수성 혼합물을 상승된 온도로 처리하고; 처리 용기에서 또는 처리 용기의 업스트림에서 수성 혼합물에 촉매를 도입하고; 촉매를 KHI 및 HPAM 중 적어도 하나의 적어도 일부에서의 화학적 결합들을 파괴시키기에 충분한 시간 동안 수성 혼합물과 접촉시키고; 사전결정된 임계치 미만의 KHI 및 HPAM 중 적어도 하나의 잔류 수준을 갖는 처리된 수성 혼합물을 형성시키기 위해 수성 혼합물로부터 KHI 및 HPAM 중 적어도 하나의 파괴된 부분을 분리시키는 것을 포함할 수 있다.
하나 이상의 양태들에 따르면, 이러한 방법은 처리 용기의 업스트림에서 수성 혼합물에 가압된 산소-풍부 가스(oxygen-rich gas)를 도입하는 것을 추가로 포함할 수 있다. 처리 용기에서 수성 혼합물을 대기압 초과 압력으로 처리하는 것은 압력 용기에 산소-부족 가스(oxygen-poor gas)를 채우는 것을 포함할 수 있다. 산소-부족 가스는 불활성 가스(inert gas)일 수 있다.
불활성 가스는 질소를 포함할 수 있다. 촉매는 불균일 촉매를 포함할 수 있다. 불균일 촉매는 루테늄(ruthenium)을 포함할 수 있다. 촉매를 수성 혼합물과 접촉시키는 것은 KHI 및 HPAM 중 적어도 하나의 적어도 일부의 가수분해를 촉진시킬 수 있다. 촉매를 수성 혼합물과 접촉시키는 것은 KHI 및 HPAM 중 적어도 하나의 적어도 일부의 산화를 촉진시킬 수 있다. 이러한 방법은 처리된 수성 혼합물을 지하에 주입하는 것을 추가로 포함할 수 있다. 수성 혼합물은 KHI를 포함할 수 있으며, 사전결정된 임계치는 100 ㎎/ℓ일 수 있다. 수성 혼합물은 HPAM을 포함할 수 있으며, 사전결정된 임계치는 100 ㎎/ℓ일 수 있다. 상승된 온도는 적어도 약 250℃일 수 있다. 대기압 초과 압력은 20 ATM 내지 240 ATM일 수 있다. 수성 혼합물은 생산수일 수 있거나, 생산수로부터 유도될 수 있다. 생산수는 향상된 오일 회수 공정에 의해 형성될 수 있다.
하나 이상의 양태들에 따르면, 생산수를 처리하는 방법이 제공된다. 이러한 방법은 처리 용기에 적어도 30,000 ㎎/ℓ의 화학적 산소 요구량을 포함하는 생산수를 도입하고; 처리 용기에서 또는 처리 용기의 업스트림에서 생산수를 대기압 초과 압력으로 처리하고; 처리 용기에서 또는 처리 용기의 업스트림에서 생산수를 상승된 온도로 처리하고; 처리 용기에 촉매를 도입하고; 촉매를 화학적 산소 요구량에 기여하는 구성성분들 중 적어도 일부에서의 화학적 결합들을 파괴시키기에 충분한 시간 동안 생산수와 접촉시키고; 사전결정된 임계치 미만의 화학적 산소 요구량을 갖는 처리된 생산수를 생산하기 위해 생산수로부터 화학적 산소 요구량에 기여하는 구성성분들의 파괴된 부분을 분리하는 것을 포함할 수 있다.
하나 이상의 양태들에 따르면, 화학적 산소 요구량에 대한 사전결정된 임계치는 약 100 ㎎/ℓ일 수 있다. 생산수는 KHI 및 HPAM 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 이러한 방법은 처리 용기의 업스트림에서 생산수에 가압된 산소-풍부 가스를 도입하는 것을 추가로 포함할 수 있다. 촉매는 불균일 촉매를 포함할 수 있다. 불균일 촉매는 루테늄을 포함할 수 있다. 촉매를 수성 혼합물과 접촉시키는 것은 화학적 산소 요구량에 기여하는 구성성분들의 적어도 일부의 가수분해를 촉진시킬 수 있다. 촉매를 수성 혼합물과 접촉시키는 것은 화학적 산소 요구량에 기여하는 구성성분들의 적어도 일부의 산화를 촉진시킬 수 있다.
하나 이상의 양태들에 따르면, 메탄(methane)을 생산하는 방법이 기술된다. 이러한 방법은 처리 용기에 적어도 30,000 ㎎/ℓ의 화학적 산소 요구량을 포함하는 생산수를 도입하고; 처리 용기에서 또는 처리 용기의 업스트림에서 생산수를 약 20 ATM 내지 약 240 ATM의 압력으로 처리하고; 처리 용기에서 또는 처리 용기의 업스트림에서 생산수를 약 150℃ 내지 약 373℃의 온도로 처리하고; 메탄 형성을 증진시키기 위해 처리 용기에서 또는 처리 용기의 업스트림에서 생산수에 촉매를 도입하고; 형성된 메탄을 포집하는 것을 포함할 수 있다.
하나 이상의 양태들에 따르면, 이러한 방법은 처리 용기의 업스트림에서 생산수에 가압된 산소-풍부 가스를 도입하는 것을 추가로 포함할 수 있다. 촉매는 불균일 촉매를 포함할 수 있다. 불균일 촉매는 루테늄을 포함할 수 있다. 촉매를 수성 혼합물과 접촉시키는 것은 화학적 산소 요구량에 기여하는 구성성분들의 적어도 일부의 가수분해를 촉진시킬 수 있다. 촉매를 수성 혼합물과 접촉시키는 것은 화학적 산소 요구량에 기여하는 구성성분들의 적어도 일부의 산화를 촉진시킬 수 있다. 이러한 방법은 포집된 메탄을 사용 지점(point of use)으로 전달하는 것을 추가로 포함할 수 있다.
첨부된 도면들은 일정한 비례로 그려지도록 의도된 것은 아니다. 도면들에서, 다양한 도면들에 예시된 각각의 동일한 또는 거의 동일한 구성요소는 유사한 숫자로 표현된다. 명확하게 하기 위하여, 모든 도면에 모든 구성요소가 표지되지 않을 수 있다. 바람직한, 비-제한적인 구체예들이 첨부된 도면들을 참조로 하여 기술될 것이다.
도 1은 하나 이상의 구체예들에 따른 처리 시스템(treatment system)의 시스템 다이아그램(system diagram)이다.
본 발명은 이의 적용에서 하기 설명에 기술되거나 도면에 예시되어 있는 바와 같은 구성요소들의 구조 및 배열의 세부사항으로 제한되지 않는다. 본 발명은 구체예들일 수 있고, 본원에 제시된 예시적인 구체예들을 넘어서 다양한 방식들로 실행되거나 수행될 수 있다.
습식 산화(wet oxidation)는 공정 스트림들을 처리하기 위한 기술이다. 이러한 방법은 상승된 온도들 및 압력들에서, 산화제, 일반적으로, 산소-풍부 가스로부터의 분자 산소에 의해 요망되지 않는 구성성분들의 수성상 산화를 포함한다. 이러한 공정은 유기 오염물들을 이산화탄소, 물 및 생분해성 단쇄 유기산들, 예를 들어, 아세트산(acetic acid)으로 전환시킬 수 있다. 설파이드(sulfide)들, 머캅타이드(mercaptide)들 및 시아나이드(cyanide)들을 포함하는 무기 구성성분들이 또한 산화될 수 있다.
가수분해는 산소가 필수 반응물이 아닐 때, 폐수들의 처리를 위한 습식 공기 산화 공정과 유사한 공정이다. 가수분해에서, 폐수들 및 슬러지(sludge)들의 특정 구성성분들은 독소가 제거되거나 요망되는 처리 목적을 충족시키는 처리된 유출물을 수득하기 위해 상승된 온도들 및 압력들에서 물과 직접적으로 반응할 수 있다.
촉매 습식 산화 또는 가수분해 공정들에서, 처리될 수성 스트림(aqueous stream)은 산화제와 혼합되고(가수분해의 경우에는 혼합되지 않음), 상승된 온도들 및 압력들에서 촉매와 접촉된다. 불균일 촉매들은 통상적으로, 그 위로 수성 혼합물이 통과되는 층(bed) 상에, 또는 산화 또는 가수분해 이전에 수성 혼합물과 배합되는 고체 미립자 형태로 존재한다. 촉매는 반응기 유닛(reactor unit)의 다운스트림(downstream)에서 유출물로부터 여과될 수 있다. 촉매 물질은 재생되거나 제거되고 대체될 수 있다.
하나 이상의 구체예들에 따르면, 공정 스트림들을 처리하기 위한 하나 이상의 시스템(system)들 및 방법들이 기술된다. 통상적인 작업에서, 기술된 시스템들은 지역사회(community), 산업, 가스/오일 생산, 또는 거주지들로부터의 공정 스트림들을 수용할 수 있다. 예를 들어, 시스템이 폐수를 처리하는 구체예들에서, 공정 스트림은 도시 폐수 슬러지 또는 다른 대용량 하수 배출 시스템(sewage system)으로부터 전달될 수 있다. 공정 스트림들은 또한, 예를 들어, 식품 가공 플랜트(food processing plant)들, 화학물질 가공 설비들, 가스화 프로젝트(gasification project)들, 또는 펄프(pulp) 또는 페이퍼(paper) 플랜트들로부터 비롯될 수 있다. 공정 스트림들은 또한, 지하 자원들로부터 오일 및 가스를 추출하기 위해 사용되는 유체 혼합물들로부터 비롯될 수 있다. 이에 따라, 공정 스트림은 적어도 소량의 탄화수소들을 포함할 수 있다. 공정 스트림은 시스템의 업스트림 또는 다운스트림 작동에 의해 시스템을 통해 이동될 수 있다.
본원에서 사용되는 용어 "공정 스트림(process stream)"은 처리를 위한 시스템으로 전달 가능한 수성 혼합물을 지칭한다. 처리 후에, 공정 스트림은 추가로 가공되거나, 업스트림 공정(upstream process)으로 되돌아가거나, 깊은 우물 주입될 수 있거나, 그밖에 폐기물로서 시스템에서 배출될 수 있다. 수성 혼합물은 통상적으로, 산화되거나 가수분해될 수 있는 적어도 하나의 요망되지 않는 구성성분을 포함한다. 요망되지 않는 구성성분은 예를 들어, 공중 위생(public health), 공정 디자인(process design) 및/또는 심미적 고려사항들을 위해 수성 혼합물로부터 제거되도록 타겟화된(targeted) 임의 물질 또는 화합물일 수 있다. 일부 구체예들에서, 산화되거나 가수분해될 수 있는 요망되지 않는 구성성분들은 유기 화합물들이다. 특정의 큰 유기 폴리머들, 예를 들어, KHI, HPAM, 큰 아민 화합물(large amine compound)들, 및 관련된 종은 또한 산화되거나 가수분해될 수 있으며, 이에 따라, 이러한 것들은 보다 작은 구성성분들, 예를 들어, 모노머(monomer)들로 분해될 수 있다. 시스템에 의해 처리되는 수성 혼합물의 공급원, 예를 들어, 슬러리(slurry)는 플랜트 또는 보유 용기로부터 직접 배관의 형태로 취해질 수 있다. 일부 구체예들에서, 수성 혼합물은 수 ppm 내지 약 5% 범위의 상술된 큰 유기 폴리머들의 농도를 가질 수 있다.
하나 이상의 구체예들에 따르면, 요망되지 않는 구성성분 또는 이의 분해 산물(들)의 하나 이상의 특정 화학적 결합들을 파괴하는 것이 요망될 수 있다. 산화 반응은 산화 가능한 유기 오염물질들을 이산화탄소, 물, 및 생분해성 단쇄 유기산들, 예를 들어, 아세트산으로 전환시킬 수 있는 하나의 파괴 기술이다. 하나 이상의 기술된 구체예들은 하나 이상의 요망되지 않는 구성성분들을 함유한 수성 혼합물들의 산화적 처리를 위한 시스템들 및 방법들을 포함한다.
일 구체예에서, 적어도 하나의 요망되지 않는 구성성분을 포함하는 수성 혼합물은 습식 산화된다. 수성 혼합물은 상승된 온도 및 대기압 초과 압력에서 적어도 하나의 요망되지 않는 구성성분을 처리하기에 충분한 시간 동안 산화제로 산화된다. 산화 반응은 요망되지 않는 구성성분의 하나 이상의 화학적 결합들의 완전성(integrity)을 실질적으로 파괴할 수 있다. 본원에서 사용되는 구 "실질적으로 파괴하다(substantially destroy)"는 적어도 약 95% 파괴로서 규정된다. 본 발명의 공정은 일반적으로 산화되거나 가수분해될 수 있는 임의 요망되지 않는 구성성분의 처리에 적용 가능하다.
WAO 및 가수분해가 전통적으로 본원에서 논의되는 것과 같은 그러한 업스트림 적용(upstream application)들 보다 다운스트림 작업(downstream operation)에서 사용되기 때문에, 촉매 습식 공기 산화 시스템들 및 가수분해 시스템들이 생산수로부터 큰 폴리머 종(polymeric species), 예를 들어, KHI 및 HPAM을 제거하기 위한 공정에 도입될 수 있다는 것이 예상치 못하게 발견되었다.
하나 이상의 구체예들에 따르면, 수성 혼합물, 예를 들어, 생산수 스트림(produced water stream)은 촉매 처리로 처리될 수 있다. 본 방법은 KHI 및/또는 HPAM을 포함하는 생산수의 압력 및 온도를 증가시키는 것을 포함할 수 있다. 본 방법은 촉매를 처리 스트림(treatment stream)에 도입하는 것을 포함할 수 있다. 습식 공기 산화 시스템에서, 산소-풍부 가스가 스트림에 도입된다. 생산수가 이후에, 반응기에서 처리되며, 여기에서, 생산수는 산화 및/또는 가수분해를 증진시키기 위해 촉매와 접촉한다. 처리 동안에, KHI 및/또는 HPAM의 적어도 일부의 화학적 결합은 변형되거나 분해된 생성물을 형성시키기 위해 산화 및/또는 가수분해를 통해 파괴된다. KHI 및 HPAM은 각각 분리 공정을 방해하는 생산수의 증가된 점도에 기여하는 큰 폴리머들이다. 이러한 큰 구성성분들을 보다 작은 구성성분들, 예를 들어, 모노머들로 분해시킴으로써, 분리 공정은 이에 의해 촉진된다. 파괴된 원치 않는 구성성분들은 관련 규제 기구에 의해 요구될 수 있거나 그 밖에 혼탁점, 점도, 또는 에멀젼들과 같은 수처리에서의 문제들을 완화시키기에 충분할 수 있는 것과 같은 사전결정된 임계치 미만의 KHI 및/또는 HPAM의 잔류 수준을 갖는 처리된 수성 혼합물을 형성시키기 위해 스트림으로부터 분리된다. 예를 들어, 사전결정된 임계치는 일부 비제한적인 구체예들에서, 약 100 ㎎/ℓ일 수 있다. 사전결정된 임계치는 하나 이상의 요망되지 않은 특징들 또는 성질들을 제거하거나 처리하기에 충분한 수준과 관련될 수 있다.
다양한 방법들은 원치 않는 구성성분들의 잔류 수준들이 하나 이상의 구체예들에 따라 요망되는 수준 미만인지를 결정하기 위해 이용 가능하다. 하나의 방법은 COD 측정에 대한 결정을 기초로 한 것이다. 이러한 방법은 이의 처리 사이클(treatment cycle)의 이러한 단계에서 생산수를 갖는 경우에서와 같이, 원치 않는 종이 COD 값의 큰 부분을 구성하는 것으로 안전하게 추정될 수 있는 경우에 이용 가능하며, 이에 따라, COD는 KHI 또는 HPAM 값에 대한 프록시(proxy) 값으로서 이해될 수 있다. 이러한 상황들 하에서, COD가 특정 백분율까지 또는 특정 값 미만으로 감소되는 경우라면, 프록시에 의해(by proxy), 잔류 KHI 또는 HPAM은 사전결정된 임계치 미만이다.
대안적인 방법은 원치 않는 구성성분이 사전결정된 임계치 미만인지를 결정하기 위해 크기 배제 크로마토그래피("SEC"; size exclusion chromatography)와 같은 분석 기술들을 적용하는 것이다. SEC는 분자들을 이의 크기에 따라 분리하고, 이에 따라, 특정 크기를 초과하는 모든 분자들의 농도를 결정하는데 사용될 수 있다. KHI 및 HPAM이 비교적 큰 폴리머들이기 때문에, 생산수 스트림에서, KHI 또는 HPAM은 특정 크기를 초과하는 분자들의 대부분을 구성할 수 있다. 이에 따라, SEC를 통해 결정된 큰 분자들의 농도는 잔류 KHI 또는 HPAM의 농도에 대한 사용 가능한 추정치일 수 있다. 다른 기술들은 또한, 잔류 KHI 또는 HPAM이 사전결정된 임계치 미만인지를 결정하기 위해 적용될 수 있다.
원치 않는 종을 제거하는 것 이외에, 생산수 스트림에 촉매 습식 공기 산화 또는 가수분해의 적용은 하나 이상의 구체예들에 따라 메탄 발생의 부가된 이점을 가질 수 있으며, 이는 후속하여 부산물로서 포집되고 사용되거나 판매될 수 있다. 메탄 발생은 촉매의 사용에 의해 촉진될 수 있고, 특히, 새로운 촉매 물질이 존재하는 경우에 풍부하다. 메탄 발생은 피셔-트롭쉬(Fischer-Tropsch) 공정으로 처리되는 스트림에서 탄소질 물질(carbonaceous material)로부터 이루어질 수 있다.
기술된 습식 산화 또는 가수분해 공정들은 처리될 화합물들에 대해 적합한 임의 공지된 배치(batch) 또는 연속 유닛(unit)에서 수행될 수 있다. 통상적으로, 수성상 산화는 도 1에 예시적으로 도시된 바와 같이, 연속 흐름 습식 산화 시스템(continuous flow wet oxidation system)에서 수행된다. 산화제가 사용될 수 있다. 산화제에는 대개 산소-함유 가스, 예를 들어, 공기, 산소-풍부 공기, 또는 본질적으로 순수한 산소가 있다. 본원에서 사용되는 구 "산소-풍부 공기(oxygen-enriched air)"는 약 21% 보다 큰 산소 함량을 갖는 공기로서 정의된다. 가수분해 시스템(hydrolysis system)의 작동의 양태는 도 1을 참조로 하여 기술된 습식 공기 산화 시스템(5)의 작동과 유사할 수 있다. 그러나, 가수분해 시스템은 하기에 기술된 바와 같이, 압축기(16)를 포함할 필요는 없을 것이다. 일부 구체예들에서, 사전-처리, 예를 들어, 비제한적으로, 중력 분리, 여과, 및/또는 용해된/유도된 가스 부유(dissolved/induced gas floatation)가 수행될 수 있다.
습식 산화 시스템(5)의 통상적인 작동에서, 그리고, 도 1을 참조로 하여, 저장 탱크(storage tank)(10)로서 도시된, 소스(source)로부터의 수성 혼합물은 도관(12)을 통해 수성 혼합물을 가압시키는 고압 펌프(high pressure pump)(14)로 흐른다. 수성 혼합물은 용기에 불활성 가스를 채움으로써 가압될 수 있다. 일부 구체예들에서, 불활성 가스는 질소와 같은 공기 보다 낮은 산소 함량을 가질 수 있다(달리 산소-부족(oxygen-poor)으로 지칭됨). 수성 혼합물은 도관(18) 내에서, 압축기(16)에 의해 공급된 가압된 산소-함유 가스와 혼합된다. 산소-함유 가스는 산소-풍부 가스일 수 있는데, 이는 공기 보다 높은 산소 함량을 갖는 것이다. 수성 혼합물은 열교환기(20)를 통해 흐르는데, 여기서, 수성 혼합물이 산화를 개시하는 온도까지 가열된다. 가열된 공급 혼합물은 이후에, 유입구(38)에서 반응기 용기(24)로 진입한다. 습식 산화 반응들은 일반적으로 발열성이며, 반응기에서 발생된 반응열은 혼합물의 온도를 요망되는 수준까지 추가로 상승시킬 수 있다. 산화 반응의 대부분은 요망되는 산화도를 달성하기에 충분한 체류 시간을 제공하는 반응기 용기(24) 내에서 일어난다. 산화된 수성 혼합물 및 산소 고갈된 가스 혼합물은 이후에, 압력 제어 밸브(pressure control valve)(28)에 의해 제어되는 도관(26)을 통해 반응기로부터 배출된다. 고갈된 가스 혼합물은 예를 들어, H2, CO2, 및 다른 혼입된 휘발성 증기들을 포함할 수 있다. 고온의 산화된 유출물은 열교환기(20)를 가로지르는데, 여기서, 고온의 산화된 유출물이 유입되는 미가공 수성 혼합물 및 가스 혼합물에 비해 냉각된다. 냉각된 유출물 혼합물은 도관(30)을 통해 액체 및 가스들이 분리되는 분리기 용기(32)로 흐른다. 액체 유출물은 하부 도관(34)을 통해 분리기 용기(32)로부터 배출되는 반면, 오프 가스(off gas)들은 상부 도관(36)을 통해 배기된다. 오프 가스의 처리는 이의 조성 및 대기로의 방출을 위한 요건들에 따라 다운스트림 오프 가스 처리 유닛(downstream off gas treatment)에서 요구될 수 있다. 습식 산화된 유출물은 통상적으로 추가 처리를 위해 별도의 작동 유닛(operations unit)으로 배출될 수 있다. 유출물은 또한, 습식 산화 시스템에 의한 추가 가공을 위해 재순환될 수 있다.
촉매는 습식 산화 시스템의 임의 지점에서 수성 혼합물에 첨가될 수 있다. 촉매는 수성 혼합물과 혼합될 수 있다. 일 구체예에서, 촉매는 촉매 소스(catalyst source)(40)가 저장 탱크(10)에 유체적으로 연결되어 있는 도 1에 예시된 바와 같은 습식 산화 유닛에 공급하는 수성 혼합물의 소스에 첨가될 수 있다. 일부 구체예들에서, 촉매는 습식 산화 유닛에 직접적으로 첨가될 수 있다. 다른 구체예들에서, 촉매는 또한, 가열 및/또는 가압 이전에 수성 혼합물에 공급될 수 있다.
또 다른 구체예들에서, 촉매는 처리될 공정 스트림에 이미 존재할 수 있다. 산화 유닛에 공급된 수성 혼합물은 촉매 물질을 함유할 수 있다. 예를 들어, 전이 금속들은 촉매 습식 산화 시스템에 의해 처리되는 폐 스트림(waste stream)에 존재할 수 있다. 수성 슬러리(aqueous slurry)들, 예를 들어, 휘발성 유기 탄소들을 함유한 수성 슬러리들은 촉매로서 작용할 수 있는 금속들을 함유할 수 있다. 예를 들어, 수성 혼합물은 가스화 부산물들의 슬러리일 수 있다.
일부 구체예들에서, 시스템은 시스템 또는 시스템의 구성요소, 예를 들어, 비제한적으로, 구동 밸브(actuating valve)들 또는 펌프(pump)들의 적어도 하나의 작동 파라미터(operating parameter)를 조절하거나 조정하기 위한 제어기(70)를 포함할 수 있다. 제어기(70)는 도 1에 예시된 바와 같이 센서(sensor)(50)와 전자 통신(electronic communication) 상태에 있을 수 있다. 제어기(70)는 일반적으로 사전결정된 pH 범위를 벗어나는 pH 수준을 등록하는 pH 센서(pH sensor)(50)에 응하여 수성 혼합물의 pH 수준을 조절하기 위해 제어 신호를 발생시키도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 제어기(70)는 수성 혼합물 소스(source)(10)에 pH 조절제를 첨가하도록 pH 조절제 소스(60)와 결합된 하나 이상의 밸브에 제어 신호를 제공할 수 있다. 일부 구체예들에서, pH 수준을 조절하는 것은 폴리머들의 가수분해 또는 산화에 도움을 줄 수 있다. 적어도 일부 구체예들에서, 중성 pH 수준은 알칼리성(alkaline) 환경 또는 산성 환경 중 어느 하나를 위하여 방지될 수 있다.
제어기(70)는 통상적으로, 습식 산화 시스템의 구성요소들로 및 이러한 구성요소들로부터 입력 신호 및 출력 신호를 수신하거나 송신하는, 마이크로프로세서-기반 디바이스(microprocessor-based device), 예를 들어, 프로그램 가능한 논리 제어기(PLC; programmable logic controller) 또는 분배 제어 시스템(distributed control system)이다. 통신 네트워크(communication network)들은 임의 센서 또는 신호-발생 디바이스를 제어기(70) 또는 관련된 컴퓨터 시스템(computer system)으로부터 상당한 거리에 위치되게 할 수 있으며, 여전히 이들 사이에 데이타(data)를 제공한다. 이러한 통신 메카니즘(communication mechanism)들은 무선 프로토콜(wireless protocol)들을 사용하는 기술들을 포함하지만 이로 제한되지 않는 임의 적합한 기술을 사용함으로써 실시될 수 있다.
하나 이상의 구체예들에 따르면, 습식 산화된 액체 유출물 스트림은 존재하는 잔류의 요망되지 않는 구성성분들을 제거하고/거나 필요하거나 요망될 때 폴리싱(polish)하기 위해, 산화 반응기 용기(24)의 다운스트림에 연결된 제2 처리 유닛(treatment unit)(80)에 의해 처리될 수 있다. 제2 처리 유닛(80)은 화학적 스크러버(chemical scrubber), 생물학적 스크러버(biological scrubber), 흡착 매질층(adsorption media bed), 또는 분리를 위한 다른 유닛 작업(operation)일 수 있다. 제2 처리 유닛(80)은 요망되는 폴리싱 정도와 일치하는 표면적을 제공하기 위한 크기를 가질 수 있다. 대안적으로, 액체 유출물은 또한, 추가 가공을 위해 반응기 용기(24)로 다시 재순환될 수 있다. 오프 가스의 처리가 또한, 이의 조성 및 대기로의 방출을 위한 요건들에 따라 다운스트림 오프 가스 처리 유닛에서 요구될 수 있다.
타겟화된 구성성분의 농도를 검출하기 위한 센서는 시스템 제어를 용이하게 하기 위해 습식 산화 유닛(24)의 업스트림 및/또는 다운스트림에 제공될 수 있다. 예를 들어, 센서는 액체 유출물 스트림이 규정된 환경 규제들을 충족시키기 위해 제2 처리 유닛(80)으로 전환되어야 할지를 결정하고/거나 제어하기 위해 도관(26)에 정위되고 제어기(70)와 소통될 수 있다.
충분한 산소-함유 가스는 통상적으로, 습식 산화 시스템 오프 가스 중에 잔류 산소를 유지시키기 위해 시스템에 공급되며, 대기압 초과 가스 압력은 통상적으로, 선택된 산화 온도에서 물을 액체상으로 유지시키기에 충분하다. 예를 들어, 240℃에서의 최소 시스템 압력은 33 기압이며, 280℃에서의 최소 압력은 64 기압이며, 373℃에서의 최소 압력은 215 기압이다. 일 구체예에서, 수성 혼합물은 약 30 기압 내지 약 275 기압의 압력에서 산화된다. 습식 산화 공정은 물의 임계 온도인, 374℃ 미만의 상승된 온도에서 작동될 수 있다. 일부 구체예들에서, 습식 산화 공정은 초임계의 상승된 온도에서 작동될 수 있다. 반응 챔버(reaction chamber) 내에서의 수성 혼합물에 대한 체류 시간은 일반적으로 요망되는 산화 정도를 달성시키기에 충분해야 한다. 일부 구체예들에서, 체류 시간은 약 1시간 초과 및 최대 약 8시간이다. 적어도 하나의 구체예에서, 체류 시간은 적어도 약 15분 및 최대 약 6시간이다. 일 구체예에서, 수성 혼합물은 약 15분 내지 약 4시간 동안 산화된다. 다른 구체예에서, 수성 혼합물은 약 30분 내지 약 3시간 동안 산화된다. 적어도 일부 구체예들에서, 생산수는 부산물로서 메탄을 발생시키면서 생산수의 COD 수준을 감소시키기 위해 KHI 및/또는 HPAM과 촉매적으로 반응하기에 충분한 시간 동안 상승된 온도 및 압력에서 압력 용기에서 불균일 촉매에 노출될 수 있다.
하나 이상의 구체예들에 따르면, 습식 산화 또는 가수분해 공정은 촉매 습식 산화 공정이다. 임의 산화 반응은 촉매에 의해 매개될 수 있다. 처리될 적어도 하나의 요망되지 않는 구성성분을 함유한 수성 혼합물은 일반적으로 상승된 온도 및 대기압 초과 압력에서 촉매 및 산화제와 접촉된다. 유효량의 촉매는 일반적으로, 반응 속도를 증가시키고/거나 화학적 산소 요구량(COD) 및/또는 전체 유기 탄소(TOC; total organic carbon)의 향상된 감소를 포함하는, 시스템의 전체 파괴 제거 효율을 개선시키기에 충분할 수 있다. 촉매는 또한, 습식 산화 시스템의 전체 에너지 요건들을 낮추기 위해 제공할 수 있다.
적어도 하나의 구체예에서, 촉매는 금속 또는 금속 합금일 수 있다. 하나 이상의 구체예들에서, 예를 들어, 촉매는 루테늄, 니켈(nickel), 코발트(cobalt), 철 또는 이들의 합금들 또는 혼합물들일 수 있다. 일부 구체예들에서, 촉매는 수성 혼합물의 특징을 기초로 하여 선택될 수 있다. 불균일 촉매는 지지체 상에 공급될 수 있다. 지지체는 예를 들어, 알루미나(alumina), 실리카(silica), 또는 실리콘 카바이드(silicon carbide) 지지체일 수 있다.
산화 유닛의 통상적인 작동에 대해 상기에서 논의된 바와 같이, 액체 유출물은 산화 반응기의 다운스트림에서 산화된 수성 혼합물로부터 분리된다. 일부 구체예들에서, 촉매는 분리 공정에 의해 액체 유출물로부터 회수될 수 있다. 예를 들어, 일부 구체예들에서, 촉매는 유출물 스트림으로부터 침전될 수 있다. 일 구체예에서, 결정화기(crystallizer)는 촉매를 회수하기 위해 사용될 수 있다. 촉매는 이후에, 습식 산화 시스템으로 다시 재순환되거나 제거되고, 새로운 촉매로 대체될 수 있다.
예시된 시스템들 및 방법들에 대해 여러 변형들, 개조들, 및 개선들이 이루어질 수 있음이 인지되어야 한다. 예를 들어, 하나 이상의 시스템들은 다수의 공정 스트림들의 소스들에 연결될 수 있다. 일부 구체예들에서, 습식 산화 시스템은 다른 성질들 또는 시스템의 작동 조건들을 측정하기 위한 추가적인 센서들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 시스템은 시스템 모니터링(system monitoring)을 용이하게 하기 위해 상이한 지점에서 온도, 압력 저하, 및 유량을 위한 센서들을 포함할 수 있다. 하나 이상의 구체예들에 따르면, 촉매는 습식 산화 공정 동안에 보충될 수 있다.
본 발명은 본 발명의 기술들을 실행하기 위해 하나 이상의 시스템들 또는 구성요소들을 새로 장착하기 위한 기존 설비들의 개조를 고려한다. 기존 습식 산화 시스템은 이미 존재하는 장비 중 적어도 일부를 사용하여 본원에서 예시적으로 논의된 하나 이상의 구체예들에 따라 개조될 수 있다. 예를 들어, 하나 이상의 pH 센서들이 제공될 수 있으며, 본원에 제시된 하나 이상의 구체예들에 따른 제어기는 예를 들어, 균질한 촉매, 예를 들어, 구리가 사용될 때, 촉매 용해도를 증진시키기 위해 이미 존재하는 습식 산화 시스템에서 실행될 수 있다. 다른 구체예들에 따르면, pH는 예를 들어, 불균일 촉매, 예를 들어, 지지체 상의 세륨 촉매(cerium catalyst)가 사용될 때, 촉매를 불용성으로 유지시키기 위해 조절될 수 있다.
본 발명의 이러한 구체예들 및 다른 구체예들의 기능 및 장점들은 하기 실시예들로부터 보다 충분히 이해될 것이다. 이러한 실시예들은 사실상 예시하기 위해 의도된 것으로서, 본 발명의 범위를 제한하는 것으로 간주되지 않는다. 하기 실시예들에서, 화합물들은 그 안의 결합들의 파괴를 달성하기 위해 습식 산화 또는 가수분해에 의해 처리된다.
실시예
실시예 1
KHI를 함유한 생산수의 4개의 샘플(sample)들을 다양한 조건들 하에서 습식 공기 산화로 처리하였다. 결과들은 표 1에 나타내었다.
모두 4개의 샘플들에서, 생산수의 온도는 반응기 내에서 250℃이었다. 평균 체류 시간들, 충전 압력, 및 충전 가스(charge gas) 모두가 표 1에 나타내었다. 각 경우에, 촉매로서 루테늄을 사용하였다. 루테늄은 표 1에 나타난 바와 같이 알루미나 또는 실리콘 카바이드 중 어느 하나 상에 지지된 것이다. 공급 생산수 스트림의 측정된 COD는 23.1 g/l이었다.
불균일 촉매가 존재할 때, 가치가 있고 예상치 못한 부산물인 메탄이 공정 개시 동안 형성된 것이 관찰되었다. 촉매 처리는 59.7% 이하의 COD의 감소를 추가로 야기시켰는데, 이는 KHI의 유의미한 처리(significant treatment)를 나타내는 것이다.
표 1. 제1 생산수에 대한 시험의 결과들:
Figure pat00001
실시예 2
KHI를 함유한 생산수의 2개의 샘플들을 다양한 조건들 하에서 습식 공기 산화 처리로 처리하였다. 결과들은 표 2에 나타내었다.
제1 샘플에서, 촉매는 존재하지 않았다. 이러한 샘플은 메탄을 생산하지 않았고 COD 감소가 제한되었다. 제2 샘플에서, 알루미나 상의 루테늄을 촉매로서 사용하였다. 제2 샘플에서, 유의미한 메탄 가스 생산 및 COD 감소가 관찰되었는데, 이는 공정에서 촉매의 중요성(value)을 나타내는 것이다.
표 2. 제2 생산수에 대한 시험의 결과들:
Figure pat00002
실시예 3
15 g/ℓ의 KHI를 함유한 생산수를, 처리될 스트림에 산소-풍부 가스를 도입하지 않으면서, 다양한 조건들 하에서 가수분해 처리로 처리하였다. 4개의 상이한 샘플 처리 스트림(sample treatment stream)들 각각에 대한 조건들 및 시험 결과들은 표 3에 나타내었다. 공급물 및 유출물 둘 모두 중의 KHI 존재를 추정하기 위해 크기 배제 크로마토그래피 분석을 수행하였다.
제1 샘플 및 제3 샘플에서, 촉매가 존재하지 않았다. 이러한 샘플들 각각은 최소 COD 감소를 야기시켰다. 이러한 샘플들은 또한, 메탄 생산을 거의 나타내지 않았다.
제2 샘플 및 제4 샘플에서, 알루미나 상의 루테늄을 촉매로서 사용하였다. 제2 샘플에서, 처리를 200℃에서 수행하였다. 제4 샘플에서, 처리를 260℃에서 수행하였다.
제2 샘플에서, 처리가 200℃에서 수행되었을 때, 매우 적은 메탄이 생산되었다. 또한, COD 감소는 촉매가 존재하지 않는 샘플에 비해 개선되었지만, 여전히 비교적 낮았다. 제2 샘플은 HKI의 31.6% 감소를 야기시켰다.
그러나, 제4 샘플에서, 처리가 260℃에서 수행되는 경우에, 유의미한 백분율의 오프 가스가 가치 있는 부산물인 메탄 형태로 존재하였다. 또한, 샘플 4는 COD의 49% 감소, 및 KHI의 54.64% 감소를 나타내었다.
이러한 결과들은 적절한 조건들 하에서, 유의미한 KHI 및 COD 감소가 메탄 생산과 함께 기술된 방법을 통해 달성될 수 있다는 것을 나타낸다.
표 3. 제3 생산수에 대한 시험의 결과들:
Figure pat00003
실시예 4
Cytec, Inc.로부터 상업적으로 입수 가능한 Superfloc® 응집제 형태의 1.88 g/ℓ의 HPAM을 함유한 생산수를 처리될 스트림에 산소-풍부 가스를 도입하지 않으면서, 다양한 조건들 하에서 가수분해 처리로 처리하였다. 4개의 상이한 샘플 처리 스트림들 각각에 대한 조건들 및 시험 결과들은 표 4에 나타내었다. 제1 샘플 및 제3 샘플에서, 촉매가 존재하지 않았다.
제2 샘플 및 제4 샘플에서, 알루미나 상의 루테늄을 촉매로서 사용하였다. 제2 샘플에서, 처리를 200℃에서 수행하였다. 제4 샘플에서, 처리를 260℃에서 수행하였다.
촉매가 존재한, 샘플 2 및 샘플 4는 촉매가 존재하지 않은 샘플 1 및 샘플 3에서 보다 COD 및 TOC의 보다 큰 감소를 나타내었다. 촉매가 존재한 샘플들 각각에서, COD의 50% 초과의 감소가 달성되었다.
표 4. 제4 생산수에 대한 시험의 결과들:
Figure pat00004
현재 몇몇 예시적인 구체예들을 기술하였지만, 단지 일 예로서 제시된 상기한 것이 단지 예시적인 것이고, 한정적이지 않다는 것이 당업자에게 명백하게 될 것이다. 다수의 변형예들 및 다른 구체예들은 당업자의 범위 내에 있고, 본 발명의 범위 내에 속하는 것으로서 고려된다. 특히, 본원에 제시된 다수의 실시예들이 방법 행위(method act)들 또는 시스템 엘리먼트(system element)들의 특정 조합들을 포함하지만, 그러한 행위들 및 그러한 엘리먼트들이 동일한 목적들을 달성하기 위해 다른 방식들로 조합될 수 있는 것으로 이해해야 한다.
본원에서 논의된 디바이스들, 시스템들 및 방법들의 구체예들이 적용 시에 상세한 설명에서 기술되거나 첨부된 도면들에서 예시된 구성요소들의 구조 및 배열의 세부사항으로 제한되지 않는 것으로 인지해야 한다. 디바이스들, 시스템들, 및 방법들은 다른 구체예들에서 실행될 수 있고, 다양한 방식들로 실행되거나 수행될 수 있다. 특정 실행예들의 예들은 본원에서 단지 예시 목적들을 위해 제공된 것으로서, 제한적인 것으로 의도되지는 않는다. 특히, 임의 하나 이상의 구체예들과 관련하여 논의된 행위들, 엘리먼트들 및 특징들은 다른 구체예들에서의 유사한 역할로부터 배제되도록 의도되지 않는다.
당업자는 본원에 기술된 파라미터들 및 구성들이 예시적이고, 실제 파라미터들 및/또는 구성들은 본 발명의 시스템들 및 기술들이 사용되는 특정 적용에 좌우될 것임을 인지해야 한다. 당업자는 또한 본 발명의 특정의 구체예들에 대한 등가물을 단지 일반적인 실험을 이용하여 인식해야 하거나 알 수 있을 것이다. 이에 따라, 본원에 기술된 구체예들은 단지 일 예로서 제시된 것이고 첨부된 청구범위 및 이에 대한 등가물들의 범위 내에서 달리 본 발명이 구체적으로 명시되지 않아도 실행될 수 있는 것으로 이해해야 한다.
또한, 본 발명이 본원에 기술된 각 특징, 시스템, 서브시스템(subsystem) 또는 기술, 및 본원에 기술된 둘 이상의 특징들, 시스템들, 서브시스템들 또는 기술들의 임의 조합에 관한 것이며, 이러한 특징들, 시스템들, 서브시스템들, 및 기술들이 서로 모순되지 않는 경우에, 본원에 기술된 둘 이상의 특징들, 시스템들, 서브시스템들 및/또는 방법들의 임의 조합은 청구항들에서 구현되는 바와 같이 본 발명의 범위 내에 있는 것으로 간주된다고 인지되어야 한다. 또한, 단지 일 구체예와 관련하여 논의된 행위들, 엘리먼트들 및 특징들은 다른 구체예들에서의 유사한 역할로부터 배제되도록 의도되지 않는다.
본원에서 사용되는 어법 및 용어는 설명의 목적을 위한 것으로서, 한정적인 것으로서 간주되지 않아야 한다. 본원에서 사용되는 용어 "복수"는 둘 이상의 항목(item) 또는 구성요소를 지칭한다. 용어 "포함하는(comprising, including)," "수반하는(carrying)," "갖는(having)," "함유하는(containing)," 및 "관련된(involving)"은, 기술된 설명 또는 청구범위 등에 존재하거나 존재하지 않든지 간에, 개방형-종결 용어(open-ended term)로서, 즉, "~를 포함하지만, 이로 제한되지 않는"다는 것을 의미한다. 이에 따라, 그러한 용어들의 사용은 그 후에 열거된 항목들, 및 이의 등가물들, 뿐만 아니라 추가 항목들을 포함하는 것으로 의미한다. 단지 연결어 "~으로 이루어진" 및 "~을 필수적으로 포함하는(consisting essentially of)"은 청구범위와 관련하여 각각 폐쇄형 또는 반폐쇄형 연결구이다. 청구범위에서 클레임 엘리먼트를 수식하는 "제 1", '제 2", 및 "제 3" 등과 같은 서수 용어의 사용은 그 자체가, 다른 클레임 엘리먼트에 대한 하나의 클레임 엘리먼트(claim element)의 임의 우선, 선행, 또는 순서, 또는 방법의 행동을 수행하는 시간적 순서를 내포하는 것은 아니지만, 단지 클레임 엘리먼트를 구별하기 위해 특정 명칭을 지니는 하나의 클레임 엘리먼트를 동일한 명칭을 지니는 또 다른 요소(그러나, 서수 용어 사용)와 구별하기 위한 표시로서 사용된다.

Claims (33)

  1. 수성 혼합물(aqueous mixture)을 처리하는 방법으로서,
    처리 용기(treatment vessel)에 KHI 및 HPAM 중 하나 이상을 포함하는 수성 혼합물을 도입하고;
    처리 용기에서 또는 처리 용기의 업스트림(upstream)에서 수성 혼합물을 대기압 초과 압력(superatmospheric pressure)으로 처리하고;
    처리 용기에서 또는 처리 용기의 업스트림에서 수성 혼합물을 상승된 온도로 처리하고;
    처리 용기에서 또는 처리 용기의 업스트림에서 수성 혼합물에 촉매를 도입하고;
    촉매를 수성 혼합물과, KHI 및 HPAM 중 하나 이상의 일부 또는 전부에서 화학적 결합들을 파괴시키기 위해 충분한 시간 동안 접촉시키고;
    사전결정된 임계치 미만의 KHI 및 HPAM 중 하나 이상의 잔류 수준을 갖는 처리된 수성 혼합물을 형성시키기 위해 수성 혼합물로부터 KHI 및 HPAM 중 하나 이상의 파괴된 부분을 분리시키는 것을 포함하는 방법.
  2. 제1항에 있어서, 처리 용기의 업스트림에서 수성 혼합물에 가압된 산소-풍부 가스(pressurized oxygen-rich gas)를 도입하는 것을 추가로 포함하는 방법.
  3. 제1항에 있어서, 처리 용기에서 수성 혼합물을 대기압 초과 압력으로 처리하는 것이 압력 용기에 산소-부족 가스(oxygen-poor gas)를 채우는 것을 포함하는 방법.
  4. 제3항에 있어서, 산소-부족 가스가 불활성 가스(inert gas)인 방법.
  5. 제4항에 있어서, 불활성 가스가 질소를 포함하는 방법.
  6. 제1항에 있어서, 촉매가 불균일 촉매(heterogeneous catalyst)를 포함하는 방법.
  7. 제6항에 있어서, 불균일 촉매가 루테늄(ruthenium)을 포함하는 방법.
  8. 제1항에 있어서, 촉매를 수성 혼합물과 접촉시키는 것이 KHI 및 HPAM 중 하나 이상의 일부 또는 전부의 가수분해를 촉진시키는 방법.
  9. 제2항에 있어서, 촉매를 수성 혼합물과 접촉시키는 것이 KHI 및 HPAM 중 하나 이상의 일부 또는 전부의 산화를 촉진시키는 방법.
  10. 제1항에 있어서, 처리된 수성 혼합물을 지하(underground)에 주입하는 것을 추가로 포함하는 방법.
  11. 제1항에 있어서, 수성 혼합물이 KHI를 포함하는 방법.
  12. 제11항에 있어서, 사전결정된 임계치가 100 ㎎/ℓ인 방법.
  13. 제1항에 있어서, 수성 혼합물이 HPAM을 포함하는 방법.
  14. 제13항에 있어서, 사전결정된 임계치가 100 ㎎/ℓ인 방법.
  15. 제1항에 있어서, 상승된 온도가 약 250℃ 이상인 방법.
  16. 제1항에 있어서, 대기압 초과 압력이 20 ATM 내지 240 ATM인 방법.
  17. 제1항에 있어서, 수성 혼합물이 생산수(produced water)이거나 생산수로부터 유도되는 방법.
  18. 제17항에 있어서, 생산수가 향상된 오일 회수 공정(enhanced oil recovery process)에 의해 형성되는 방법.
  19. 생산수를 처리하는 방법으로서,
    처리 용기에 30,000 ㎎/ℓ 이상의 화학적 산소 요구량(chemical oxygen demand)을 포함하는 생산수를 도입하고;
    처리 용기에서 또는 처리 용기의 업스트림에서 생산수를 대기압 초과 압력으로 처리하고;
    처리 용기에서 또는 처리 용기의 업스트림에서 생산수를 상승된 온도로 처리하고;
    처리 용기에 촉매를 도입하고;
    촉매를 생산수와, 화학적 산소 요구량에 기여하는 구성성분들 중 일부 또는 전부에서 화학적 결합들을 파괴하기 위해 충분한 시간 동안 접촉시키고;
    사전결정된 임계치 미만의 화학적 산소 요구량을 갖는 처리된 생산수를 형성시키기 위해 생산수로부터 화학적 산소 요구량에 기여하는 구성성분들의 파괴된 부분을 분리시키는 것을 포함하는 방법.
  20. 제19항에 있어서, 화학적 산소 요구량의 사전결정된 임계치가 약 100 ㎎/ℓ인 방법.
  21. 제19항에 있어서, 생산수가 KHI 및 HPAM 중 하나 이상을 포함하는 방법.
  22. 제19항에 있어서, 처리 용기의 업스트림에서 생산수에 가압된 산소-풍부 가스를 도입하는 것을 추가로 포함하는 방법.
  23. 제19항에 있어서, 촉매가 불균일 촉매를 포함하는 방법.
  24. 제23항에 있어서, 불균일 촉매가 루테늄을 포함하는 방법.
  25. 제19항에 있어서, 촉매를 수성 혼합물과 접촉시키는 것이 화학적 산소 요구량에 기여하는 구성성분들 중 일부 또는 전부의 가수분해를 촉진시키는 방법.
  26. 제22항에 있어서, 촉매를 수성 혼합물과 접촉시키는 것이 화학적 산소 요구량에 기여하는 구성성분들 중 일부 또는 전부의 산화를 촉진시키는 방법.
  27. 메탄(methane)을 생산하는 방법으로서,
    처리 용기에 30,000 ㎎/ℓ 이상의 화학적 산소 요구량을 포함하는 생산수를 도입하고;
    처리 용기에서 또는 처리 용기의 업스트림에서 생산수를 약 20 ATM 내지 약 240 ATM의 압력으로 처리하고;
    처리 용기에서 또는 처리 용기의 업스트림에서 생산수를 약 150℃ 내지 약 373℃의 온도로 처리하고;
    메탄 형성을 증진시키기 위해 처리 용기에서 또는 처리 용기의 업스트림에서 생산수에 촉매를 도입하고;
    형성된 메탄을 포집하는 것을 포함하는 방법.
  28. 제27항에 있어서, 처리 용기의 업스트림에서 생산수에 가압된 산소-풍부 가스를 도입하는 것을 추가로 포함하는 방법.
  29. 제27항에 있어서, 촉매가 불균일 촉매를 포함하는 방법.
  30. 제29항에 있어서, 불균일 촉매가 루테늄을 포함하는 방법.
  31. 제27항에 있어서, 촉매를 수성 혼합물과 접촉시키는 것이 화학적 산소 요구량에 기여하는 구성성분들 중 일부 또는 전부의 가수분해를 촉진시키는 방법.
  32. 제28항에 있어서, 촉매를 수성 혼합물과 접촉시키는 것이 화학적 산소 요구량에 기여하는 구성성분들 중 일부 또는 전부의 산화를 촉진시키는 방법.
  33. 제27항에 있어서, 포집된 메탄(captured methane)을 사용 지점(point of use)으로 전달하는 것을 추가로 포함하는 방법.
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