(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
水性ブラインからヨウ素を回収するためのモジュール式システムであって、
水性ブラインの流れを生成する油田、
水性ブラインの前記流れを運ぶための前記油田に接続されたパイプ、
前記パイプを通して水性ブラインの一部分を受け入れるために前記パイプに接続されたヘッドタンク、
前記ヘッドタンクが前記パイプを通過する水性ブラインの前記流れの前記部分を捕捉することを可能にするために前記パイプ内に配置されたバイパス機構、
前記ヘッドタンクから受け入れたブラインを酸性化するｐＨ調節装置、
酸性化された前記ブライン中のヨウ化物を元素状ヨウ素へ変換する酸化装置、および
前記酸化装置によって提供される酸化されたブラインの流れの中へ取り外し可能に挿入された少なくとも１つの活性炭接触装置モジュールであって、ヨウ素分子と結合してヨウ素錯体を形成する少なくとも１つの活性炭接触装置モジュール
を含むシステム。
【請求項２】
前記少なくとも１つの活性炭接触装置モジュールからヨウ素採取済みブラインの流れを受け入れるための採取済みブラインヘッドタンクをさらに含み、前記採取済みブラインヘッドタンクは、ヨウ素採取済みブラインの前記流れを再注入坑井へ戻す、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記ｐＨ調節装置、前記酸化装置および前記少なくとも１つの活性炭接触装置モジュールを通るブラインの流れの速度が維持される、請求項２に記載のシステム。
【請求項４】
ブラインの流れの前記速度は、１つ以上のポンプによって維持される、請求項３に記載のシステム。
【請求項５】
前記ｐＨ調節装置、前記酸化装置および前記少なくとも１つの活性炭接触装置モジュールは、複数のタンクの中に提供される、請求項３に記載のシステム。
【請求項６】
前記再注入坑井を通る戻しのためにヨウ化物採取済みブラインを加圧する再注入ポンプをさらに含む、請求項２に記載のシステム。
【請求項７】
前記ブラインは、残留有機物を含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項８】
前記残留有機物は、残留原油、廃泥スラッジ、油スラッジおよび低分子量炭化水素の１つ以上を含む、請求項７に記載のシステム。
【請求項９】
前記残留有機物の少なくとも一部は懸濁している、請求項７に記載のシステム。
【請求項１０】
前記ブラインは、３のｐＨ値に酸性化される、請求項１に記載のシステム。
【請求項１１】
前記ブラインは、２．５より大きなｐＨ値に酸性化される、請求項１に記載のシステム。
【請求項１２】
酸貯蔵コンテナをさらに含み、前記酸貯蔵コンテナは、前記ブラインを酸性化するための酸を前記ｐＨ調節装置へ提供する、請求項１に記載のシステム。
【請求項１３】
前記酸は、硫酸水溶液を含む、請求項１２に記載のシステム。
【請求項１４】
前記酸は、塩酸水溶液を含む、請求項１２に記載のシステム。
【請求項１５】
前記酸化装置は、漂白剤水溶液を用いて前記ヨウ化物を元素状ヨウ素へ変換する、請求項１に記載のシステム。
【請求項１６】
前記酸化装置は、インサイチュ発生させた塩素を用いて前記ヨウ化物を元素状ヨウ素へ変換する、請求項１に記載のシステム。
【請求項１７】
前記インサイチュ発生させた塩素は、前記ブラインの一部から電気化学的に発生させる、請求項１６に記載のシステム。
【請求項１８】
前記塩素を発生させた前記ブラインの前記一部は、前記酸化装置へ提供された前記ブラインと異なる、請求項１７に記載のシステム。
【請求項１９】
前記塩素は、前記酸化装置中の前記酸性化されたブライン中に存在する塩化物イオンから電気化学的に発生させる、請求項１６に記載のシステム。
【請求項２０】
前記活性炭は、取り外し可能なカートリッジ内に含まれる床の中に提供される、請求項１に記載のシステム。
【請求項２１】
前記活性炭は、取り外し可能なカートリッジ内に含まれるスラリーの中に提供される、請求項１に記載のシステム。
【請求項２２】
油田のすぐ近くでヨウ化物を含む水性ブラインからヨウ素錯体を生成するための移動性モジュール式ヨウ素回収システムであって、
水性ブラインの流れを生成する油田、
水性ブラインの前記流れを運ぶための前記油田に接続されたパイプ、
前記パイプを通過する水性ブラインの前記流れの一部分を受け入れるために前記パイプに接続されたヘッドタンク、
前記ヘッドタンクが前記パイプを通過する水性ブラインの前記流れの前記部分を捕捉することを可能にするために前記パイプ内に配置されたバイパス機構、
前記ヘッドタンクから受け入れたブラインを酸性化するｐＨ調節装置、
前記酸性化されたブライン中のヨウ化物をヨウ素分子へ変換する酸化装置、
前記酸化装置によって提供される酸化されたブラインの流れの中に取り外し可能に挿入された少なくとも１つの活性炭接触装置モジュールであって、前記ヨウ素分子と結合して前記ヨウ素錯体を形成する少なくとも１つの活性炭接触装置モジュール、および
前記ヘッドタンク、前記ｐＨ調節装置および前記酸化装置を収納するための１つ以上の輸送可能なコンテナであって、前記ヘッドタンクを前記油田からのブラインの流れに接続するための流入ポート、および前記油田の再注入坑井を通してヨウ化物採取済みブラインを戻すための第２のポートを含む１つ以上の輸送可能なコンテナ
を含む移動性モジュール式ヨウ素回収システム。
【請求項２３】
前記ブラインは、５０℃〜８０℃の範囲の温度において供給され、前記ブラインの熱エネルギーから電気エネルギーを生み出すための発電機をさらに含む、請求項２２に記載の移動性モジュール式ヨウ素回収システム。
【請求項２４】
前記ブラインの圧力によって駆動され、かつ電気エネルギーを生み出す発電機をさらに含む、請求項２２に記載の移動性モジュール式ヨウ素回収システム。
【請求項２５】
前記ヘッドタンクによって提供されるブラインを調整するための前処理モジュールをさらに含む、請求項２２に記載の移動性モジュール式ヨウ素回収システム。
【請求項２６】
前記前処理モジュールは、前記ブラインから残留有機物を分離するために用いられる液体サイクロンをさらに含む、請求項２５に記載の移動性モジュール式ヨウ素回収システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、２００８年９月１９日に出願された米国仮特許出願第６１／０９８，６１２号（発明の名称「Ｉｏｄｉｎｅ  Ｒｅｃｏｖｅｒｙ  Ｓｙｓｔｅｍ  Ａｎｄ  Ｍｅｔｈｏｄｓ」）からの優先権を主張し、この仮特許出願は、全ての目的のために、本明細書により、および明示的に本明細書中において参照として援用される。
【０００２】
発明の背景
発明の分野
本発明は、全体としてヨウ素採取に関し、より詳しくはガス田および油田のブライン（ｂｒｉｎｅ）からのヨウ素のインサイチュ採取のためのシステムおよび方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
関連技術の説明
ヨウ素を採取する従来のシステムおよび方法は、炭化水素汚染物質を実質的に含まないブラインに対して作用する。これらのシステムは、一般に、帯水層から採取されたブラインから、追い出し（ｂｌｏｗｏｕｔ）技術（空気酸化およびヨウ素の塩素置換）、炭素吸着剤技術およびイオン交換樹脂を用いてヨウ素分子を回収する。使用される樹脂は、通常、高い温度に適さず、炭化水素の付着によって急速に効果がなくなることがある。従って、普通に用いられるプロセスは、油田において取り扱われる炭化水素で汚染されたブラインからヨウ素を採取するには効果がない。
【０００４】
従来のシステム、特に追い出しシステムはまた固定型であり、坑井が枯渇するかまたは市況により閉鎖されるとき、再注入坑井の間で稼動が移動するとブラインの供給源が変わることがある油田における配備には不向きである。ヨウ素採取のための従来のシステムを使用すると油田のさまざまな場所からプロセス処理現場へのかなりの量のブラインの輸送、ヨウ素の採取および油田へのブラインの戻しが必要になるであろう。さらに、離れた場所へのブラインの持ち出しは規制により制約を受けることがある。より難しい油田ブラインに対しては従来のシステムの効率はさらに制約を受け、新しい手法が必要となる。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００５】
発明の簡単な要旨
本発明の特定の実施態様は、移動性モジュール式ヨウ素回収システム、およびヨウ化物を含む水性ブライン（ａｑｕｅｏｕｓ  ｂｒｉｎｅ）からヨウ素錯体を生成するための方法を提供する。これらの実施態様のあるものは、ブラインの供給を維持するためのヘッド給液タンク、ヘッドタンクから受け入れたブラインを所望の酸性度へ酸性化するｐＨ調節装置、酸性化されたブライン中のヨウ化物をヨウ素分子へ変換する酸化装置、および少なくとも１つの活性炭接触装置モジュールを含む。活性炭接触装置モジュールは、容易に取り外されるカートリッジを含んでよい。カートリッジは、酸化装置によって提供される酸化されたブラインの流れの中に挿入される。この少なくとも１つの活性炭接触装置モジュールは、ヨウ素分子と結合してヨウ素錯体を形成する。接触装置は、ヨウ素を保持した接触装置の吸着剤とともに輸送することができる。ヨウ素吸着済み（ｌｏａｄｅｄ）吸着剤は、トラックまたは他の手段によるスラリー輸送のために接触装置から流し出すことができる。実施態様によっては、吸着済みヨウ素吸着剤は、インサイチュ溶離させることができる。これらの実施態様のあるものにおいて、接触装置は、ヘッドタンクおよび／または油田からのブラインの流れとの接続を提供する流入ポート、および油田の再注入坑井を通して直接、または第２のヨウ化物採取済み（ｄｅｐｌｅｔｅｄ）ブラインヘッドタンクを通して、ヨウ化物採取済みブラインを戻すための第２のポートを含む。
【０００６】
特定の実施態様は、ヨウ化物を含む水性ブラインからヨウ素錯体を生成する本発明の特定の局面による方法を実行するためのシステムを提供する。実施態様によっては、システムは、ブラインの供給を維持するためのヘッドタンクを含む。これらの実施態様のあるものは、ヘッドタンクから受け入れたブラインを所望の酸性度へ酸性化するｐＨ調節装置をさらに含む。これらの実施態様のあるものは、酸性化したブライン中のヨウ化物をヨウ素分子へ変換する酸化装置をさらに含む。これらの実施態様のあるものは、酸化装置によって提供される酸化されたブラインの流れの中に取り外し可能に挿入される少なくとも１つの活性炭接触装置モジュールをさらに含む。これらの実施態様のあるものにおいて、活性炭接触装置モジュールは、ヨウ素分子と結合してヨウ素錯体を形成する。これらの実施態様のあるものにおいて、酸化されたブラインの流れは、最終的に、油田およびガス田再注入のために採取済みブラインヘッドタンクに戻される。
【０００７】
これらの実施態様のあるものにおいて、ヘッドタンクは、ヘッドタンクにブラインを供給する油井と接続される。これらの実施態様のあるものにおいて、ヘッドタンクは、再注入坑井と接続され、ヨウ化物採取済みブラインは再注入坑井を通して戻される。これらの実施態様のあるものにおいて、ｐＨ調節装置、酸化装置および少なくとも１つの活性炭接触装置モジュールを通るブラインの所望の流速が維持される。これらの実施態様のあるものにおいて、ブラインの所望の流速は、１つ以上のポンプによって維持される。これらの実施態様のあるものにおいて、ｐＨ調節装置、酸化装置および活性炭接触装置モジュールは複数のタンク内に提供される。これらの実施態様のあるものは、再注入坑井を通す戻しのためにヨウ化物採取済みブラインを加圧する再注入ポンプをさらに含む。これらの実施態様のあるものにおいて、ブラインは残留有機物を含み、残留有機物は残留原油を含んでよい。これらの実施態様のあるものにおいて、残留有機物は、残留原油、非相溶性低分子量炭化水素および廃泥／油スラッジを含む。これらの実施態様のあるものにおいて、所望の酸性度は、約３のｐＨ値によって特徴付けられる。
本発明は、例えば、以下を提供する。
（項目１）
水性ブラインからヨウ素を回収するためのモジュール式システムであって、
上記ブラインの供給を維持するためのヘッドタンク、
上記ヘッドタンクから受け入れたブラインを所望の酸性度へ酸性化するｐＨ調節装置、
酸性化された上記ブライン中のヨウ化物を元素状ヨウ素へ変換する酸化装置、および
上記酸化装置によって提供される酸化されたブラインの流れの中へ取り外し可能に挿入された少なくとも１つの活性炭接触装置モジュールであって、ヨウ素分子と結合してヨウ素錯体を形成する少なくとも１つの活性炭接触装置モジュール
を含むシステム。
（項目２）
上記ヘッドタンクは、上記ヘッドタンクへ上記ブラインを供給する油井と接続される、項目１に記載のシステム。
（項目３）
上記少なくとも１つの活性炭接触装置モジュールからヨウ素採取済みブラインの流れを受け入れるための採取済みブラインヘッドタンクをさらに含み、上記採取済みブラインヘッドタンクは、ヨウ素採取済みブラインの上記流れを再注入坑井へ戻す、項目２に記載のシステム。
（項目４）
上記ｐＨ調節装置、上記酸化装置および上記少なくとも１つの活性炭接触装置モジュールを通るブラインの流れの所望の速度が維持される、項目３に記載のシステム。
（項目５）
ブラインの流れの上記所望の速度は、１つ以上のポンプによって維持される、項目４に記載のシステム。
（項目６）
上記ｐＨ調節装置、上記酸化装置および上記少なくとも１つの活性炭接触装置モジュールは、複数のタンクの中に提供される、項目４に記載のシステム。
（項目７）
上記再注入坑井を通る戻しのために上記ヨウ化物採取済みブラインを加圧する再注入ポンプをさらに含む、項目３に記載のシステム。
（項目８）
上記ブラインは、残留有機物を含む、項目２に記載のシステム。
（項目９）
上記残留有機物は、残留原油、廃泥スラッジ、油スラッジおよび低分子量炭化水素の１つ以上を含む、項目８に記載のシステム。
（項目１０）
上記残留有機物の少なくとも一部は懸濁している、項目８に記載のシステム。
（項目１１）
上記所望の酸性度は、約３のｐＨ値によって特徴付けられる、項目１に記載のシステム。
（項目１２）
上記所望の酸性度は、２．５より大きなｐＨ値によって特徴付けられる、項目１に記載のシステム。
（項目１３）
酸貯蔵コンテナをさらに含み、上記酸貯蔵コンテナは、上記ブラインを所望の酸性度へ酸性化するための酸を上記ｐＨ調節装置へ提供する、項目１に記載のシステム。
（項目１４）
上記酸は、硫酸水溶液を含む、項目１３に記載のシステム。
（項目１５）
上記酸は、塩酸水溶液を含む、項目１３に記載のシステム。
（項目１６）
上記酸化装置は、漂白剤水溶液を用いて上記ヨウ化物を元素状ヨウ素へ変換する、項目１に記載のシステム。
（項目１７）
上記酸化装置は、インサイチュ発生させた塩素を用いて上記ヨウ化物を元素状ヨウ素へ変換する、項目１に記載のシステム。
（項目１８）
上記インサイチュ発生させた塩素は、上記ブラインの一部から電気化学的に発生させる、項目１７に記載のシステム。
（項目１９）
上記塩素を発生させた上記ブラインの上記一部は、上記酸化装置へ提供された上記ブラインと異なる、項目１８に記載のシステム。
（項目２０）
上記塩素は、上記酸化装置中の上記酸性化されたブライン中に存在する塩化物イオンから電気化学的に発生させる、項目１７に記載のシステム。
（項目２１）
上記活性炭は、取り外し可能なカートリッジ内に含まれる床の中に提供される、項目１に記載のシステム。
（項目２２）
上記活性炭は、取り外し可能なカートリッジ内に含まれるスラリーの中に提供される、項目１に記載のシステム。
（項目２３）
油田のすぐ近くでヨウ化物を含む水性ブラインからヨウ素錯体を生成するための移動性モジュール式ヨウ素回収システムであって、
水性ブラインの供給を維持するためのヘッドタンク、
上記ヘッドタンクから受け入れたブラインを所望の酸性度へ酸性化するｐＨ調節装置、
上記酸性化されたブライン中のヨウ化物をヨウ素分子へ変換する酸化装置、
上記酸化装置によって提供される酸化されたブラインの流れの中に取り外し可能に挿入された少なくとも１つの活性炭接触装置モジュールであって、上記ヨウ素分子と結合して上記ヨウ素錯体を形成する少なくとも１つの活性炭接触装置モジュール、および
上記ヘッドタンク、上記ｐＨ調節装置および上記酸化装置を収納するための１つ以上の輸送可能なコンテナであって、上記ヘッドタンクを上記油田からのブラインの流れに接続するための流入ポート、および上記油田の再注入坑井を通してヨウ化物採取済みブラインを戻すための第２のポートを含む１つ以上の輸送可能なコンテナ
を含む移動性モジュール式ヨウ素回収システム。
（項目２４）
上記ブラインは、高い温度において供給され、上記ブラインの熱エネルギーから電気エネルギーを生み出すための発電機をさらに含む、項目２３に記載の移動性モジュール式ヨウ素回収システム。
（項目２５）
上記ブラインは、高い圧力において供給され、上記ブラインの上記圧力によって駆動され、電気エネルギーを生み出す発電機をさらに含む、項目２３に記載の移動性モジュール式ヨウ素回収システム。
（項目２６）
上記ヘッドタンクによって提供されるブラインを調整するための前処理モジュールをさらに含む、項目２３に記載の移動性モジュール式ヨウ素回収システム。
（項目２７）
上記前処理モジュールは、上記ブラインから残留有機物を分離するために用いられる液体サイクロンをさらに含む、項目２６に記載の移動性モジュール式ヨウ素回収システム。
（項目２８）
油田から受け入れた水性ブラインを選択的に酸性化し、それによって所望の酸性度を有する酸性化されたブラインを得るステップ、
上記酸性化されたブライン中のヨウ化物を酸化して元素状ヨウ素を生成するステップ、および
上記元素状ヨウ素を上記酸性化されたブラインの流れと接触している少なくとも１つの活性炭接触装置モジュールと結合させ、それによってヨウ素錯体を形成させるステップ
を含む、水性ブラインからヨウ素を回収するための方法。
（項目２９）
上記酸化するステップは、電気化学的に実行される、項目２８に記載の方法。
（項目３０）
上記酸化するステップは、化学酸化剤を用いることを含む、項目２８に記載の方法。
（項目３１）
上記酸化するステップの前に上記水性ブラインから炭化水素を分離するステップをさらに含み、上記炭化水素は、液体サイクロンを用いて分離される、項目２８に記載の方法。
（項目３２）
上記水性ブラインから炭化水素を分離するステップは、上記水性ブラインを乳化剤で前処理することを含む、項目３１に記載の方法。
（項目３３）
上記活性炭接触装置モジュールは、塩素およびアンモニアの１つ以上で前処理された活性炭を含む、項目２８に記載の方法。
（項目３４）
上記酸化するステップの前に亜硝酸塩および亜硝酸の１つ以上を加え、それによってヨウ素からヨウ化物への反応を最小にするステップをさらに含む、項目２８に記載の方法。
（項目３５）
上記酸化するステップの後に亜硝酸塩および亜硝酸の１つ以上を加え、それによってヨウ素からヨウ化物への反応を最小にするステップをさらに含む、項目２８に記載の方法。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】図１は、本発明の特定の局面によるシステムを例示する概略図である。
【図２】図２は、本発明の局面による特定の構成要素を例示するブロック図である。
【図３】図３は、本発明の特定の実施態様において実行される電力変換を例示するブロック図である。
【図４】図４は、本発明の特定の実施態様において実行される電力変換を例示するブロック図である。
【図５】図５は、本発明の特定の局面による再生サイクルを例示している。
【図６】図６は、本発明の特定の実施態様において実行されるブラインのプロセス前処理を例示するブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
発明の詳細な説明
次に、図面を参照して本発明の実施態様が詳細に記載される。これらの実施態様は、当業者が本発明を実施することができるように説明する例として提供される。特に、図および下記の例は、本発明の範囲を単独の実施態様に限定する意図はなく、記載されているかまたは例示されている要素の一部またはすべてを入れ換えることによって他の実施態様が可能である。都合がよい場合にはいつも、これらの図面すべてを通して同じ参照番号を用いて同じ部品または似た部品を指す。知られている構成要素を用いてこれらの実施態様の特定の要素を部分的にまたは完全に実体化することができる場合、本発明が曖昧にならないように、そのような知られている構成要素のうち本発明の理解のために必要な部分だけが記載され、そのような知られている構成要素の他の部分の詳細な記載は省略される。本明細書において、単数の構成要素を示す実施態様は限定的とみなされるべきでなく、本発明は、本明細書において明示的に断らない限り、複数の同じ構成要素を含む他の実施態様を包含し、逆も成立するものとする。さらに、出願人らは、本明細書または請求項におけるいずれの用語も、明示的に断らない限り、普通でないかまたは特殊な意味を付与されることを意図しない。さらに、本発明は、説明のために本明細書において参照される構成要素の現在および将来の知られている均等物を包含する。
【００１０】
本発明の特定の実施態様は、水性ブラインからヨウ素を回収するためのシステムおよび方法を提供する。句「ヨウ素回収システム」における用語「ヨウ素」は、さまざまな酸化状態のヨウ素元素を指すために用いられる。従って、本出願において使用される句「ヨウ素回収システム」は、ヨウ素が元素状ヨウ素およびヨウ化物として生じるプロセスを含む。ヨウ化物は、化学的な操作によってヨウ素分子へ変換することができ、ヨウ素酸イオン（ＩＯ３−）の形でのヨウ素の回収のためのプロセスによって変換することができる。ヨウ素はヨウ素酸イオン中で（Ｖ）の形式酸化状態を有する。下記に記載されるように、本ヨウ素回収システムによってヨウ素、ヨウ化物、ヨウ素酸イオンおよび他の形を回収することができる。
【００１１】
本明細書において用いられる用語「ヨウ素錯体」は、ヨウ素分子（Ｉ２）および／またはヨウ化物と、ヨウ素分子と結合する試薬または材料との組み合わせを指す。ヨウ素分子と結合する試薬の例は、イオン交換樹脂、炭および活性炭を含む。錯体を形成するヨウ素の量は、本明細書において「炭素吸着量」と呼ばれる。理論的なヨウ素容量は、炭素源および純度によって変わる。例えば、Ｆｉｌｔｅｒｓｏｒｂ  ４００活性炭においては、最大炭素吸着量は、通常、１キログラムの炭素あたり８００グラムのヨウ素で生じる。
【００１２】
本明細書において用いられる用語「水性ブライン（ａｑｕｅｏｕｓ  ｂｒｉｎｅ）」は、ヨウ化物を含む塩の任意の水系溶液または濃縮されたスラリーを指す。水性ブライン中の塩は、主として塩化ナトリウムからなるが、他の塩を含んでもよい。水性ブラインは、Ｏｋｌａｈｏｍａガス−ブライン坑井および再注入油井の例におけるように、天然に見いだされてよい。天然水性ブラインは、日本およびＣａｌｉｆｏｒｎｉａにおいても生じる。水性ブラインは、海水、あるいは海水塩濃縮（ｓａｌｉｎａｔｉｏｎ）時または海水塩濃縮の結果として生じる海水を含む濃縮海水として生じてもよい。
【００１３】
本明細書において用いられる用語「残留有機物」は、水性ブライン中に存在する非水有機残留物を指す。残留有機物の一例は、残留原油、懸濁炭化水素および廃泥／油スラッジ、またはそれらの組み合わせである。残留有機物は、樹脂および／または炭素接触装置モジュールに付着することによって潜在的な問題を起こす。
【００１４】
本明細書において用いられる用語「電解塩素化」は、需要に応じて塩素を生成するプロセスを指す。従って、本発明の特定の局面によるシステムは、塩素の在庫をほとんどまたはまったく持たなくてもよい。電解塩素化は、本発明の特定の実施態様において、ヨウ素回収のために遠隔油泉現場に塩素を供給する１つの方法を提供する。
【００１５】
水性ブラインのｐＨ値を調節してヨウ化物から元素状ヨウ素（ｅｌｅｍｅｎｔａｌ  ｉｏｄｉｎｅ）への変換を増強し、それによって回収プロセスを増強することができる。ヨウ化物からヨウ素分子への変換は、電気化学的にまたはさまざまな化学酸化剤によって実現することができる酸化プロセスである。塩基性水溶液中では、ヨウ化物の容易な過剰酸化が起こり、ヨウ素酸イオンＩＯ３−が生じることがある。本発明によれば、酸化は酸性溶液中で電気化学的にまたは化学的に行なわれる。酸性水溶液中のヨウ化物から元素状ヨウ素への変換は、ヨウ素酸イオンの形成を顕著に抑制し、ヨウ化物からヨウ素分子への変換収率にほとんどまたはまったく影響を及ぼさない。
【００１６】
本発明の特定の実施態様においては、水性ブラインは、計量された塩酸または硫酸を用いる初期酸性化によって処理され、インライン静的ミキサーによって混合される。ブラインｐＨは、比率調節またはｐＨ調節のどちらかによってｐＨ約３．５に調節することができる。坑井ブラインｐＨは、その重炭酸塩分によって緩衝作用を受けることがある。重炭酸塩分は、元素状ヨウ素を形成するヨウ化物分の塩素化の前に、ｐＨ値をｐＨ約３に低下させるために必要な酸の量を増加させることがある。回収坑井ブラインの重炭酸塩分は変動するが、約１３００ｐｐｍと非常に高くなることがある。特定のブラインは、比較的一貫している。例えば、Ｏｋｌａｈｏｍａおよび日本のブライン中の重炭酸塩とヨウ化物との相対比率はほぼ同じ、すなわち約５対１とすることができる。
【００１７】
ブライン水溶液のｐＨは、ｐＨ調節装置によって調節することができる。ｐＨ調節装置は、ブラインタンクから、坑井から直接または別の供給源からシステムに受け入れたブラインを酸性化することによって所望の酸性度を達成する。本発明の特定の実施態様は、活性炭接触装置モジュールを使用して吸着された元素状ヨウ素を捕捉し、貯蔵し、輸送し、放出する。炭素接触装置モジュールは、通常、元素状ヨウ素と結合する炭および／または活性炭を含む。炭素接触モジュール中に用いられる活性炭は、化学的に処理してヨウ素採取性能を改善することができる。一例において、炭素は、ブライン中の浸漬の前に塩素で飽和させてもよい。用いられる炭素の特性、ブラインの内容物および活性炭接触装置モジュールを通るブラインの流速にもとづいて、塩素による飽和の前に炭素をアンモニアで初期処理してもよい。
【００１８】
ヨウ素錯体の形成は可逆的であり、従って、元素状ヨウ素を放出および回収する方法を提供すると同時に炭または活性炭をリサイクルさせる。一実施態様において、吸着されたヨウ素をヨウ化物に還元することができる。独立型のヨウ素採取システムは、活性炭のための再生能力を含むことができる。通常、活性炭は、吸着されたヨウ素の溶離後に再生する。再生プロセスの一部として、再活性化された炭素を現場で生成された化学物質を用いてアンモニアで前処理し、塩素で飽和させることができる。本明細書において考察されるように、ブライン中に存在する塩化ナトリウムから塩素を直接得ることができる。実施態様によっては、アンモニアを発生させるために追加のモジュールを提供してよい。
【００１９】
本発明の局面によって用いられる電解塩素化における塩化物イオンの供給源として水性ブラインを用いることができる。一例において、いくつかのＯｋｌａｈｏｍａ坑井からの水性ブラインは、通常、海水の約半分の濃度ではあるがそれでも電気化学セルに供給するのに十分な濃度である約１４ｇ／ＬのＮａＣｌを含む。印加された電位下、チタンで被覆することができる寸法安定性アノード（「ＤＳＡ」）において遊離塩素が発生し、一方ステンレス鋼カソードにおいて水素が生成される。総括反応は
ＮａＣｌ＋Ｈ２Ｏ＋２ｅ−＝Ｃｌ２＋ＮａＯＨ
である。これら２つの電極生成物は反応して次亜塩素酸塩漂白剤ＮａＯＣｌを形成する。ヨウ化物を含むブラインが電解質として用いられるとアノード表面において発生した塩素が直ちにヨウ化物イオンと反応する。
【００２０】
Ｃｌ２＋２Ｉ−＝Ｉ２＋２Ｃｌ−
理論的な塩素生成量は１．３２ｇ塩素／アンペア−時間である。ヨウ化物酸化には０．２８ｇＣｌ２／ｇＩ２が必要である。
【００２１】
独立型のヨウ素採取システムにおけるヨウ素の生成のために電気分解も用いることができる。ＮａＣｌまたはＨＩを電解質として有し、一例において炭素棒アノードを有する電解プロセスにおいて、吸着済み炭素をカソードとして用いることができる。カソードに吸着した炭素は電流の存在下でＨＩに変換され、次にアノードにおいてヨウ素に還元される。ヨウ素は電解質から結晶化させることができる。一方、カソードにおいてはＨ２が生成される。ヨウ素が採取されたら、カソードにおける炭素は活性炭接触装置モジュールにおける再使用のためにプロセス処理する（ｐｒｏｃｅｓｓ）ことができる。
【００２２】
本発明の特定の実施態様は、モジュール式ヨウ素回収のためのシステムおよび方法ならびに水性ブラインからヨウ素錯体を生成するためのシステムおよび方法を提供する。モジュール式の自己充足式の輸送可能なシステムを臨時ベースまたは長期ベースでいずれの所望の場所へも配備することができる。図１を参照すると、本発明の特定の局面によるシステムは、通常、ブライン１００の十分な供給を維持する給液ヘッドタンク１０を含む。ヘッドタンク１０は、所望の圧力および温度のブライン１００の供給を維持することができる。ヘッドタンク１０は、システムの他の構成要素に対して外部モジュールとして提供してもよく、ブラインを集めるためのタンクを含んでもよい。このタンクは、重力下またはポンプ送液によってヨウ素回収システムに給液することができる。
【００２３】
給液ヘッドタンク１０はバイパス機構１２および１９を含んでよい。バイパス機構１２および１９によってヘッドタンク１０がチャネルまたはパイプ１１を通るブラインの一部を捕捉することが可能になる。例えば、配管１１によって再注入坑井に給液してもよく、あるいは油井からのブラインを運んでもよい。特定の実施態様において、ブライン中の炭化水素分および他の汚染物質の少なくともいくぶんかを除去すると有利なことがある。この目的のために、通常、ヘッドタンク１０の後、ポンプ１３と下流のｐＨ調整１５との間に位置する前処理モジュール１４において前処理プロセスを用いて炭化水素除去を得てよい。一例において、前処理モジュール１４は活性炭で満たされたカラムを含む。この活性炭は懸濁固体をろ別し、可溶性有機化合物を吸着する。硫酸および／または他の化学物質による処理もブラインの汚染を減らす役に立つことがある。実施態様によっては、例えば、下記により詳細に考察される液体サイクロンを含む炭化水素を除去するための機械的な方法が用いられる。
【００２４】
特定の実施態様において、給液ヘッドタンク１０は１つ以上のタンク、コンテナおよび反応チャンバに給液水性ブライン１００を供給する。水性ブライン１００は、給液ヘッドタンク１０内で達成される圧力の力によって流してもよいが、流れを１つ以上のポンプ１３を用いて支援してもよく、減圧装置（示していない）によって限定してもよい。通常、前処理された水性ブラインはチャンバ１５の中を通過し、そこでブラインの酸性度を監視し、調節する。前処理は、上記に記載されている炭化水素除去、温度調節、圧力調節、および給液ブライン１００の組成および特性によって選ばれた化学的プロセス処理を含んでよい。チャンバ１５（本明細書においては「ｐＨ調節装置１５」とも呼ばれる）は、必要または所望に応じ、酸と塩基との組み合わせを用いて酸性度を調節することができる。チャンバ１５の中または隣に撹拌機構を配備してよい。撹拌機構は、ブラインと加えられた酸および他の化学物質１５０との適切な混合を確実にするために望ましいプロペラ、羽根および他の混合デバイスを含んでよい。静的ミキサーの使用は特定の利点を提供する。
【００２５】
通常、ブラインのｐＨ値を所望のレベルに低下させるために酸を加えるが、過剰の酸性化を相殺する（ｃｏｍｐｅｎｓａｔｅ）ことが必要になることもある。特定の実施態様において、チャンバ１５において硫酸などの酸を貯蔵タンク１５０から水性ブラインに導入することができる。用途によっては、下記により詳しく記載されるように、水性ブライン１００から誘導した塩酸を代りに用いるのが望ましいことがある。ｐＨ調節装置１５において用いられる酸の選択は、コスト、ブラインの組成、生態系への懸念、および規制要件を含むさまざまな要因によって定めてよい。
【００２６】
ｐＨ調節／酸性化されたブライン１５２を次に酸化することができる。酸化は、通常、酸化チャンバ１６において実行される。酸化チャンバ１６は、酸性化したブライン１５２中のヨウ化物の元素状ヨウ素への変換を可能にする。酸化は、電極１６０を用いて電気化学的に、または次亜塩素酸ナトリウムなどの漂白剤を用いて達成することができる。特定の実施態様において、酸性化されたブラインを酸化するために塩素を電気化学的に生成する。塩素の発生は、酸化チャンバ１６の中で実行してよい。塩素は、酸化チャンバ１６とは別に発生させ、必要に応じて酸化チャンバ１６に導入してもよい。
【００２７】
特定の実施態様において、電解塩素化または漂白剤添加の後に追加のプロセス処理を実行してもよい。追加のプロセス処理は、亜硝酸ナトリウムまたは亜硝酸などの１つ以上の化学物質１５０の添加を含んでよい。炭素に吸着した元素状ヨウ素のヨウ化物への再変換を最小にするために化学物質１５０を加えることができる。酸性化されたブライン１５２の１つ以上の特性を調節するために、ｐＨ調節装置１５の前または後で特定の化学物質１５０を導入してよいことが理解されるであろう。同様に、１６３において他の化学物質１６１を導入および／または混合してブライン１６２を酸化すると適切であることがある。ブラインの流れの内容物およびシステムの他の局面を監視するセンサーに応答して化学物質１５０および１６１の使用を自動的に調節することができることが包含されている。
【００２８】
特定の実施態様において、本システムは１つ以上のヨウ素採取モジュール１７を備えてよい。ヨウ素採取モジュール１７は、酸化チャンバ１６によって発生した酸化されたブラインと接続することができる。ヨウ素採取モジュール１７をブラインの流れと接続すると、ブラインは１つ以上の活性炭１７０〜１７３の集まりの中および上を通過することができる。活性炭１７０〜１７３は、固定床、流動床、スラリー、スポンジ、ハニカム、炭素の塔などの構造、またはヨウ素と活性炭１７０〜１７３との間の接触を最適化するように選ばれたその他のいずれの配置で提供されてもよい。ヨウ素採取モジュール１７は取り外し可能なカートリッジ１７４〜１７７を有するように構成することができ、カートリッジ１７４〜１７７は活性炭構造体１７０〜１７３を収容するかまたは取り付ける要素を含む。取り外し可能なカートリッジ１７４〜１７７は、全体として中空チャンバ１７８によって受け入れ取り付けることができる。中空チャンバ１７８は酸化チャンバ１６によって提供されるブラインの流れに接続される。取り外し可能なカートリッジ１７４〜１７７の取り付けおよび取り替えの間、中空チャンバ１７８を通るブラインの流れを止めることができる。流れは１つ以上の弁１７９によって調節することができる。
【００２９】
一例において、バッチ−連続プロセスにおいてブラインの流れを第１のモジュール１７４（例えば）から別のモジュール１７５、１７６および／または１７７へバイパスさせ、取り外し可能なカートリッジ１７４を取り外しおよび／または取り替えることができる。本プロセスのいずれの時点においても、いくつかのモジュール１７および／またはカートリッジが吸着中であってよく、いくつかが最大および／またはしきい値吸着後にブラインの流れから切り離されて取り外しおよび／または取り替えが可能になっていてよく、いくつかがインサイチュ再生されていてよい。この例において、ブラインの流れを可能にするとブラインを中空チャンバ１７８から流れさせ、さらにブラインを活性炭１７０〜１７３と接触させ、これによってヨウ素が活性炭１７０〜１７３によって吸着されるようにすることができる。ヨウ素が活性炭１７０〜１７３上に蓄積するにつれて吸着速度は減少し始めることがある。十分な量のヨウ素が活性炭１７０〜１７３によって吸着された後にブラインの流れを止めてよい。この十分な量はしきい値として決定することができる。しきい値は実用的におよび経済的に除去することができる吸着されたヨウ素の量を示し、および／またはその後は減少して行く利得が吸着ステップにおいて得られる時点を示す。次に、結果として得られたヨウ素−炭素錯体の溶離のために取り外し可能なカートリッジ１７４〜１７７をヨウ素採取モジュール１７から取り外し、新鮮な活性炭要素をシステムに接続することができる。このようにして活性炭１７０〜１７３要素をリサイクルすることができる。取り外し可能なカートリッジは、別のプロセスおよび／または場所において、実施態様によってはインサイチュ再活性化してよい。従って、溶離および再生も個々のカートリッジ内でインサイチュ実行してよい。しかし、カートリッジを物理的に現場外に移動させることによって再活性化を達成してよいことが包含されている。一代替実施態様において、トラック（例えば）による現場外の再生施設への輸送のためのスラリーとして、吸着されたヨウ素および炭素を含むスラリーを取り外し可能／取り外し不可能なカートリッジ１７４〜１７７からポンプ送液することができる。
【００３０】
特定のブラインは、高い塩含有率、従って、高い塩化物（Ｃｌ−）レベルを有する。塩化物は活性炭上に吸着したヨウ素と反応し、例として吸着したヨウ素をヨウ化物へ変換し、従って回収率を低下させることがある。従って、ブライン中の塩化物と吸着したヨウ素との間の反応を防ぐために１つ以上の化学物質を加えることがある。これらの化学物質は、亜硝酸ナトリウムなどの亜硝酸塩、亜硝酸および／または他の化学物質を含んでよい。一例において、ｐＨ調整の後および／または酸化還元電位の操作の後に亜硝酸塩を加えてよい。
【００３１】
特定の実施態様において、複数のヨウ素採取カートリッジ１７４〜１７７を流れ制御機器１７９のシステムとともにシステムの中に提供することができる。流れ制御機器１７９のシステムによって活性炭１７０〜１７３のいくつかを取り替える間にブラインの流れが続くことが可能になる。一例において、２組のヨウ素採取カートリッジ１７４／１７５および１７６／１７７を流れ制御機器１７９とともに提供することができる。流れ制御機器１７９は、ヨウ素採取カートリッジ１７４／１７５または１７６／１７７のどちらの組が取り替えられることになるかによって、２組のヨウ素採取カートリッジ１７４／１７５および１７６／１７７の間でブラインの流れを切り替えるように構成されている。従って、一方の組のヨウ素採取カートリッジ１７４、１７５中の活性炭１７０、１７１を、他方の組のヨウ素採取カートリッジ１７６、１７７に流れを導いている間に取り替えることができる。
【００３２】
使用済みブラインはヨウ素採取モジュール１７から採取済みブラインヘッドタンク１８へ戻すことができる。特定の実施態様において、使用済みブラインは再注入のためにブライン流出ラインへ直接ポンプ送液してもよい。利用可能なブラインの流れ全体の比較的小さな部分をヨウ素採取のためにプロセス処理する場合、使用済みブラインをプロセス処理されていないブラインと混合し、再注入してもよい。実施態様によっては、簡略化ヘッドタンクシステムを使用してよいことが包含され、この簡略化ヘッドタンクシステムによれば、ブライン給液１００が引き出されるヘッドタンクへ使用済みブラインの一部をヨウ素採取モジュール１７から戻すことができる。一例において、最適な採取のために残留ヨウ化物分を有する使用済みブラインをより高い流入ブラインと混合してヨウ化物分または平均ヨウ化物分を最適化してもよい。別の例において、共通のヘッドタンクを通るブラインの一定の流れによってブライン給液１００中のヨウ素の濃度をヨウ素採取に適したレベルに保つ。
【００３３】
図２を参照すると、特定の実施態様において、小型の自己充足式コンテナ２０の中または稼動のために相互接続することができる複数の別々のコンテナ（示されていない）の中にヨウ素採取システムを提供することができる。コンテナ２０は通常、移動性および／または輸送の容易さのために配置され、構成された複数の選択可能なモジュールを保持する。コンテナ２０は、コンテナ船、貨車、飛行機およびトラックにそのまま積み込み、封緘することができる国際標準化機構（ＩＳＯ）の定めたコンテナなどの標準的なインターモーダルコンテナであってよい。他のコンテナ２０は好ましい輸送または運搬のモードによってカスタマイズしてよく、トラックまたは他の輸送手段との一体化部分であってよい。
【００３４】
図２は、コンテナ２０の中に収容されるいくつかの選択可能なモジュールおよび任意選択のモジュールを含む、輸送可能システムの一部を示す。ヨウ素採取システムは、利用要件、反応剤の入手しやすさおよびアクセスしやすさならびに他の要因にもとづいて提供することができる。例えば、輸送可能なコンテナまたは無蓋コンテナ装置（ｓｋｉｐ  ｕｎｉｔ）２０によって当面の利用に適うように接続し、および／または選択的に使用可能にすることができる種々のモジュールを収容することができる。コンテナ化するとブライン供給源へのヨウ素採取システムの容易な輸送が可能になる。コンテナ２０はトレーラーに積み込んでもよく、あるいは牽引するか、コロを用いて積載するか、または自己推進させることができる輸送手段として具体化してもよい。特定の実施態様において、ブラインの供給源２２へのヨウ素採取システムの容易な接続を可能にし、使用済みブラインのための流出を提供する結合手段がコンテナ２０上に提供される。マルチコンテナシステムにおいて、コンテナは一緒に輸送してもよく、独立に輸送し、結合装置を用いて接続してもよい。その結果、本システムはブラインの流れに最も近い地点へ容易に輸送することができ、ブラインの流れに接続しおよび／またはブラインの流れの中に挿入することができる。
【００３５】
所望のスループットを得るため、追加のプロセス処理のステップを加えるため、ブライン特性における差異およびブライン採取／再注入要件に適応するためにシステムが規模を変えてよいことが包含されている。従って、１つのシステムが、接続して完全な統合化システムを構築することができる複数の移動性のサブシステムからなるように、移動性装置を設計することができる。従って、システム要件ならびに地形および輸送モードなどの他の要因にもとづいてシステムを単一のコンテナの中または複数のコンテナの中で輸送してよい。
【００３６】
特定の実施態様において、コンテナ２０の中に任意選択としてヘッドタンク１０を含んでよい。ヨウ素採取現場において外部ヘッドタンクも他の流れ制御機構も利用可能でなければヘッドタンク１０を用いてよい。酸貯蔵２５は、ｐＨ調節１５のための硫酸および／または塩酸を保持することができる。ｐＨ調節１５および他の目的のための水酸化ナトリウム貯蔵（示されていない）も運ぶことができることが包含されている。必要な場合または望ましい場合に、発生装置２７を用いて次亜塩素酸塩をインサイチュで作ることができる。あるいは、酸化装置１６の中に計量するために漂白剤または塩素の別々の供給をタンク２６の中に貯蔵してよい。特定の実施態様において、漂白剤の代りにインサイチュ塩素発生２８としてよく、特定の稼動において用いられてよい。
【００３７】
ブライン２２の一部を発電機２９へ振り分けてもよい。発電機２９は下記により詳しく記載されているようにブライン２２からエネルギーを有利に取り出す。電源２１によって他の内部電源または外部電源、例えばグリッド電力、バッテリー、燃料電池、太陽電池パネル、発電機等を増強することができる。電源２１は、システムのための一次電源または代替電源のどちらとして動作してもよい。
【００３８】
特定の実施態様において、外部のブラインの流れを油井から受け入れることができる。その結果、コンテナ２０はブライン中に存在する炭化水素の一部を除去するためのろ過構成要素または他の炭化水素採取構成要素２５を含むかまたはそれらに取り付けることができる。油田においては、採取された炭化水素は、さらなる回収、プロセス処理および精製のためのタンクにおける回収を正当なものとするのに十分な量とすることができる。
【００３９】
本発明の特定の実施態様によって、ブライン供給源のすぐ近くへの所望の配備を可能にする車輌の上へ装置を搭載し、取り付け、または他の方法で組み込むことが可能になる。そのような移動性の装置は、集積貯留からのブラインの採取のため、ブラインの試験のため、および他の理由のために用いることができる。一例において、選ばれた再注入坑井の間でシステムを容易に輸送することが可能になる長さ２６フィートの幅の広い車体のトレーラーの中に装置を搭載するようにシステムを構築した。
【００４０】
特定の実施態様は、従来のヨウ素採取のシステムおよび方法において共通する問題および不利を克服する。従来のシステムは、通常、樹脂の保持容量の低下、有機物付着、眼に見え、測定されるイオン交換樹脂粘着性に対する効果、炭素床上の懸濁固体の保持、電極付着ならびに安定性および信頼性の問題に悩まされる。本発明の諸局面は、自動ｐＨおよび酸化還元電位（「ＯＲＰ」）プロセス調節を可能にし、電解塩素化操作の効率（電流効率および電圧効率）を改善する。さらに、特定の実施態様は分析手順の実行を可能にし、採取の方法を援ける。これらはＩＳＥ電極ヨウ化物滴定、ならびに下方流運転に加えて上方流、流動化運転を含む。
【００４１】
ｐＨおよびＯＲＰの自動プロセス制御（すなわち次亜塩素酸塩によるブラインの酸化）は、炭素カラムと接触する前の酸および次亜塩素酸塩とブライン給液との不十分な混合によって引き起こされる不安定な制御ループを除くことができる。例えば、静的ミキサースプール配管中の混合用要素の数を調節し、混合用構成要素および圧送構成部品を変更してブラインｐＨおよびＯＲＰにおける安定性を得ることができる。特定の実施態様は静的ミキサーを使用し、他の実施態様は３／４インチ充填物で満たされた１つ以上の短いスプール配管を含む。特定の実施態様は必要に応じて手動制御下または手動制御と自動制御とのなんらかの組み合わせで運転される。自動制御の度合いを決定する要因は、ブライン給液流速の一貫性を含んでよい。プロセス調節は、試薬の流れの比を調節する計量ポンプの行程長および／またはパルス速度を監視し、調整することを含んでよい。特定の実施態様は、樹脂および炭素を予備酸性化し、酸化するために用いられる試薬を監視し、調節するために用いることができるインライン電極を使用する。インライン電極は、通常、パイプライン混合スプールのすぐ下流に設置される。
【００４２】
特定の実施態様は、定期的な清掃およびメンテナンスのために能動構成要素および受動構成要素へのアクセスを提供する。特定の状況において、例えば、顕著な有機含有率を含むブラインを用いると運転性能が時間とともに低下することがある。有機含有率は、ＩＳＥ電極を含む電極プローブチップならびにＯＲＰ白金チップ型プローブおよび焼結ガラスｐＨプローブ端に付着することがある。電極清掃技法を定期的に使用して性能レベルを維持することができるが、インライン電極の掃除および／または取り替えによってブラインの流れが中断することがある。従って、特定の実施態様は上記で考察した問題に対処し、ファウリング、ＣＯ２気泡の後通気を減らすかまたは除くとともにｐＨおよびＯＲＰ安定性を改善するブライン前処理のために撹拌されているタンクの中に吊り下げられた液浸可能なプローブを含む。
【００４３】
本発明の特定の側面によれば、モジュール式、自己充足式および輸送可能なシステムにおいてシステムおよび方法を具体化することができる。輸送可能なシステムは、遠隔地のおよび／または変化し得るヨウ素システムにおけるヨウ素採取を容易にすることができる。特定の実施態様において、電源２１は内部電源および外部電源を含んでよい。例えば、特定のブライン供給源がブラインの流れを供給し、ブラインの流れからエネルギーを取り出してヨウ素採取システムに電力を供給することができる。このブラインの流れからの発電が従来の発電機、太陽電池、バッテリーによっておよび他の電源から増強してよいことは理解されるであろう。発電は、ヨウ素採取システムに電力を直接供給する電気エネルギーを生成してよく、少なくともいくつかの実施態様においては、バッテリー、コンデンサ、動的貯蔵システム、燃料電池などを用いて電気エネルギーを蓄えてもよい。さらに、必要に応じてブライン供給源から取り出された熱を用いてヨウ素採取システムにおける反応物の温度を調節することができる。
【００４４】
図３に、電力取り出しの例が提供される。この例においては、ヨウ素採取のためのブライン１１が高い温度において提供される。ブライン１１の温度は５０℃から８０℃の範囲であってよく、好ましくは上記に記載されているヨウ素採取プロセスを容易にするために温度は下げられる。従って、この例において、タップ３０がブライン１１の一部を振り分け、振り分けられたブラインを熱交換器３２０に提供して低下した温度を有するブラインの一部３６を生成する。冷却されたブライン給液３８の所望の圧力をヨウ素採取システムに提供するためにこのブラインの一部３６をヘッドタンク１０に提供することができる。特定の実施態様において、熱交換器３２０は、通常、タップ３０を用いて熱交換器３２０へのブラインの流れを調節することによって、冷却されたブライン３８をヨウ素採取システムに直接提供することができる。
【００４５】
熱交換器３２０は発電機３２の構成部品であってよい。発電機３２は前述の熱交換器３２０およびタービン３２２を含んでよい。この例において示されているように、ガスタービン３２２を使用してよい。低い沸点を有する作動流体が熱交換器内の熱を吸収して液体作動流体を加圧された気体状態に変換し、これがガスタービン３２２に供給される。ガスタービン３２２は、流体を液体形に凝縮させるエネルギー交換を使用し、ガスタービン３２２において回転エネルギーを生み出す。電気出力３４を発生させるのに適している発電機またはダイナモ（ｄｙｎａｍｏ）３２４を用いてこの回転エネルギーを電気エネルギーに変換することができる。次にコンデンサ３３を用いて作動流体を凝縮させることができる。適当な作動流体はイソペンタン、アンモニア／水の組み合わせ、低沸点有機物などを含む。熱交換プロセスにおいて用いられる流体の選択は、通常、記載されている発電サブシステムの運転温度によって定められる。
【００４６】
図４に電力取り出しの別の例が提供される。この例においては、坑井からブライン１１が高い圧力において受け入れられる。タップ４０がブライン１１の一部を振り分け、振り分けられたブラインをタービン４２に提供する。タービン４２は発電機またはダイナモ４２０を駆動して電力４４を生み出す。タービン４２は、低下した圧力のブライン４６をヨウ素採取システムへ渡す。低下した圧力のブライン４６はヨウ素採取システムへ直接供給されてもよくヘッドタンク１０へ供給されてもよい。
【００４７】
移動式ヨウ素採取は高い圧力と温度との組み合わせを有するブラインと出会う可能性があると考えられる。その結果として、熱交換と直接駆動タービンとのなんらかの組み合わせを用いてブラインからエネルギーを引き出すように特定の実施態様を構成することができる。さらに、過剰の電気エネルギーは、バッテリーおよび／または燃料電池に蓄え、内燃機関／発電機の組み合わせにおいて用いられる水素（電解による取り出しが使用されるか否かによらず）を発生させることができる。
【００４８】
図５は、本発明の特定の実施態様において使用される炭素再生サイクルを例示する。説明のために３つの活性炭接触装置モジュール５０〜５２が示されている。吸着段階５００において、処理されるブラインと直接接触している炭素接触器モジュール５０が示されている。処理されるブラインから活性炭接触装置モジュール５０の接触表面にヨウ素が吸着される。ある時点で吸着の効率が低下する。それは、利用可能な吸着部位が不足し、蓄積したヨウ素の溶離が必要となるときである。脱着段階５０２において、活性炭接触装置モジュール５１からヨウ素および／またはヨウ素化合物を分離することができる。溶離、電気分解およびその他の化学的なプロセスの１つ以上によって分離を達成することができる。炭素接触器モジュール５２は、次に、再生段階５０４に付すことができる。再生段階５０４は汚染物質を活性炭接触装置モジュール５２から除去することならびに活性炭接触装置モジュール５２をアンモニア処理し、塩素化することを含むことがある。本プロセスにおける他のステップは採用されたプロセスの特定の必要および受け入れたブラインの特性に見合うように企図される。
【００４９】
図５の再生サイクルは、手動、半自動および自動によって実行することができる。通常の吸着：脱着サービス時間比は５０：１以上のオーダーである。一例において、活性炭接触装置モジュール５０はヨウ素を２２日間（５２８時間）吸着し、吸着されたヨウ素は８時間以内（６６：１）に除去される。複数の活性炭接触装置モジュールを用いると高効率かつ一貫性のあるヨウ素採取容量が可能になる。一例において、８つ（または９つ以上）の活性炭接触装置モジュール５０を有するシステムを構築することができる。このシステムにより、いずれの時点においてもただ１つの活性炭接触装置モジュール５０が脱着段階５０２または再生段階５０４にあるように、活性炭接触装置モジュール５０のそれぞれの再生サイクルを互いにずらすことができる。こうすれば、そのようなシステムの効率は定格容量の約９７％となるであろう。
【００５０】
複数の活性炭接触装置モジュール５０が自動的に連続して再生サイクルを通って進行するシステムを構築することができる。一例において、コンピュータ制御された弁を用いて活性炭接触装置モジュール５１または５２を選択的に遮断し、このモジュール５１または５２を再生サイクルの吸着段階５００から外し、このモジュール５１または５２を分離段階５０２および再生段階５０４に順番に接続することができる。別の例において、連続的な活性炭の集まりが少なくとも概念としてブラインの流れと反対の方向に再生サイクルを通って次々に移動する。従って、溶離段階および再生段階に入る前に炭素の一部をブラインの流れと一定期間接触させることができる。上記に記載された６６：１の吸着：脱着比を有する例において、活性炭のそれぞれの部分が各ステップにおいて８時間を過ごし、６６のステップが吸着ステップであり１ステップが溶離／再生ステップである６７以上のステップを定義することができる。そのようなプロセスがイオン交換システムにおいて用いられているものと同様な修正Ｈｉｇｇｉｎ’ｓ  Ｌｏｏｐを置き換えてよいことが理解されるであろう。
【００５１】
特定の実施態様は、機械的システムを使用して重質固形分および他の汚染物質を除去する。ブラインは油、鉱物スラッジおよびスケーリング、重金属および重金属の酸化物、ならびにかなりの質量および体積を有する他の汚染物質などの汚染物質を含むことがある。そのような汚染物質は記載されたシステムに付着し、活性炭を妨害することがある。図６に示される例において、液体サイクロン６２を使用して重質固形分をヨウ素の多いブラインから分離する。液体サイクロン６２の内部チャンバ６２０にブライン給液６０が提供される。チャンバ内の流体は高速の回転の中で駆動され、求心力によってより重い固形分は側壁、次いで液体サイクロン６２の底部６２２へ駆動されて出される。より軽いブラインは液体サイクロン６２の上部６２４へ上昇し、パイプ６４を通ってさらにプロセス処理される。特定の実施態様において、乳化剤６６をブラインに加えて取り扱いおよびプロセス処理を容易にすることができる。必要な場合または望ましい場合には、液体サイクロンの前に乳化剤６６を加え、遠心処理において出会うであろうクリーミングおよびその他の好ましくない効果を回避する。
【００５２】
説明のための例
本発明の特定の実施態様を用いて、通常、より高い塩含有率によってはるかに高い比重を示す比較的浅い坑井に由来する再注入ブラインをプロセス処理することができる。他の坑井は海水の塩分の約１／２のレベルで測定可能な非常に低い塩分を有する。炭素の密度は通常、再注入ブライン密度にもとづいて選び、流速は炭素密度との関連で調節することができる。活性炭は、石炭、さまざまなバイオマス材料、例えばヤシの実の外皮、ナッツシェル、オーク等、または供給源の組み合わせから誘導することができる。
【００５３】
本発明の特定の実施態様を配備してシステムおよび方法の運転を検証し、さまざまな供給源から得られたブラインからのヨウ素採取の実用性を評価する上で有用な参照データを得た。一例において、システムは２〜４ガロン／分のブラインの給液を受け入れた。このブラインは再注入タンクからトレーラーへポンプ送液された。トレーラーには本発明の特定の局面によるシステムが配備されていた。流速を監視しブラインの流れを合計する電子流量計によって２つの接触器の１つへの給液を計量した。直径６インチの透明なＰＶＣカラムを活性炭で満たし、これを用いて懸濁固形分をすべてろ別し、可溶性有機化合物を吸着した。次に、計量された塩酸および硫酸の１つ以上による初期酸性化によってブラインを前処理し、インライン静的ミキサーによって混合した。比制御またはｐＨ制御のどちらかによってブラインのｐＨをｐＨ約３．５に調節した。次に、インラインＯＲＰ電極を使用して計量ポンプに信号を提供し、これによってヨウ化物を元素状ヨウ素へ酸化する次亜塩素酸塩の希薄溶液の添加が起こった。本実施例における次亜塩素酸塩は１０％漂白剤溶液のドラムから供給した。
【００５４】
場合によっては電解塩素化装置も用いた。使用済みブラインの大体１０分の１を電解塩素化装置にポンプ送液し、アノードにおいて塩素を生成する一方でカソードにおいて水素を発生させるための希薄塩溶液を供給した。ＤＣ整流器によって電解槽へ電流を供給し、タンクの定期的な試料採集によって調整した。アンペア−時間メーターによって電力必要量を合計した。
【００５５】
特定の例においては、流量指示計−総量計による流れの手動設定によって流れを２つの流れに分ける前に、選ばれるかまたは予め定められたｐＨおよび酸化還元電位（「ＯＲＰ」）におけるブラインの流れを第２のインラインミキサーが作り出した。調整された給液ブラインを上方流または下方流構成のどちらかで受け入れるために一対の４インチ直径の透明なＰＶＣカラムを直列に配管した。カラムの底部において３５メッシュのステンレススクリーンを有する有孔ＰＶＣプレートによって、ある試験では樹脂床、他の試験では活性炭を支持した。同様な設計を構成して活性炭または樹脂をカラムの上部において維持することができる。使用済みブラインはカラム対からブラインを再注入施設へ戻すための液浸式遠心ステンレス鋼ポンプを有するタンクにオーバーフローした。
【００５６】
一例において、移動式ヨウ素採取システムを使用した。本発明の特定の局面によって移動式ヨウ素採取物システムを構築し、移動式プラットホームに搭載した。移動式プラットホームは採取現場へ運転することができるトレーラーを含んでいた。トレーラーは通常、追い出しタワーに供給されているブラインの供給源に隣接して配置された。３／４インチ配管によるブライン給液を用いて最大５ガロン／分の流れを得た。６インチ脱気カラムＣＬ−１を２フィートの炭素で満たした。０．５ガロン／分（０．３８床体積）の下方流運転のためにカラムＣＬ−２  １Ａを２フィートのＡＡＡ−１樹脂で満たしてよい。１．０ガロン／分（０．７６床体積）下方流運転のために炭素カラムＣＬ−４  ２Ａを、２００ｇ／ｌのＨ２ＳＯ４を用いてｐＨ３〜３．５に自動でｐＨ調節した前処理されたブラインによって酸洗浄した２フィートの炭素で満たしてよい。直流（ＤＣ）４０アンペアの電解塩素化装置整流器によって次亜給液タンク中のＮａＯＣｌを１．５〜２．０ｇ／ｌに保つ。
【００５７】
記載された例において、カラムを試験して貫流点で作動させ、酸消費を記録した（リットル／時間として）。上記に記載されたように、および本発明の特定の局面により、ヨウ素を採取する方法は予め定められた間隔で（例えば１時間間隔で）カラム流出液を全Ｉ２／Ｉについて滴定し、ＩについてのＩＳＥ読みを得ることを含んでいた。場合によっては、これは、カラム給液、使用済みブラインタンクおよび給液および追い出しタワーから採取した試料を滴定することを含んでいた。
【００５８】
記載された例において、プロセス変数を監視し、調節した。これらの変数は、ブライン給液酸化度（ヨウ化物からヨウ素への）を含み、この度合いは通常、６６％から完全酸化までの範囲であった。ブライン給液の特性に応じて、６．０〜６．５の範囲の調整していないｐＨレベルから２．５のｐＨレベルの範囲でｐＨを変化させた。床体積／分の範囲を超えるカラム流速を所望の範囲内に維持し、１つの例においては０．２から１．０の範囲に拡大した。
【００５９】
本発明の特定の局面の追加記載
本発明の特定の実施態様はモジュール式ヨウ素回収システムおよび方法を提供する。これらの実施態様のあるものはヨウ化物を含む水性ブラインからヨウ素錯体を生成するための方法を含む。これらの実施態様のあるものはブラインの供給を維持するためのヘッドタンクをさらに含む。これらの実施態様のあるものはヘッドタンクから受け入れたブラインを所望の酸性度へ酸性化するｐＨ調節装置をさらに含む。これらの実施態様のあるものは酸性化されたブライン中のヨウ化物をヨウ素分子へ変換する酸化剤をさらに含む。これらの実施態様のあるものは酸化装置によって提供される酸化されたブラインの流れの中に取り外し可能に挿入される少なくとも１つの活性炭接触装置モジュールをさらに含む。これらの実施態様のあるものにおいて、活性炭接触装置モジュールは元素状分子ヨウ素と結合してヨウ素錯体を形成する。これらの実施態様のあるものにおいて、酸化されたブラインの流れは最終的に採取済みブラインヘッドタンクへ戻されるかまたはブライン再注入ラインへ直接戻される。
【００６０】
これらの実施態様のあるものにおいて、ヘッドタンクは油井と接続され、油井はヘッドタンクにブラインを供給する。これらの実施態様のあるものにおいて、採取済みヘッドタンクは再注入坑井と接続され、この接続を通してヨウ化物採取済みブラインが戻される。これらの実施態様のあるものにおいて、ｐＨ調節装置、酸化装置および少なくとも１つの活性炭接触装置モジュールを通るブラインの所望の流速が維持される。これらの実施態様のあるものにおいて、ブラインの所望の流速は１つ以上のポンプによって維持される。これらの実施態様のあるものにおいて、ｐＨ調節装置、酸化装置および活性炭接触装置モジュールは複数のタンクの中に提供される。これらの実施態様のあるものは再注入坑井を通る戻しのためにヨウ化物採取済みブラインを加圧する再注入ポンプをさらに含む。これらの実施態様のあるものにおいて、ブラインは残留有機物を含み、残留有機物は残留原油を含んでよい。これらの実施態様のあるものにおいて、残留有機物は残留原油を含む。これらの実施態様のあるものにおいて、所望の酸性度は約３のｐＨ値によって特徴付けられる。
【００６１】
これらの実施態様のあるものにおいて、所望の酸性度は２．５より大きなｐＨ値によって特徴付けられる。これらの実施態様のあるものにおいて、ｐＨ調節装置は酸を用いてブラインの所望の酸性度を維持し、酸貯蔵コンテナをさらに含む。これらの実施態様のあるものにおいて、酸は硫酸水溶液を含む。これらの実施態様のあるものにおいて、酸は塩酸水溶液を含む。これらの実施態様のあるものにおいて、酸化剤は漂白剤水溶液を用いてヨウ化物を分子ヨウ素へ変換する。これらの実施態様のあるものにおいて、酸化装置はインサイチュ発生させた塩素を用いてヨウ化物を元素状ヨウ素へ変換する。これらの実施態様のあるものにおいて、塩素はブラインの一部から電気化学的に得られる。これらの実施態様のあるものにおいて、塩素の元となるブラインの一部は酸化剤に提供されるブラインと異なる。これらの実施態様のあるものにおいて、塩素は酸化装置内で酸性化されたブライン中に存在する塩化物イオンから電気化学的に発生させる。
【００６２】
これらの実施態様のあるものにおいて、活性炭は取り外し可能なカートリッジ内に含まれる床の中に提供される。これらの実施態様のあるものにおいて、活性炭は取り外し可能なカートリッジ内に含まれるスラリーの中に提供される。これらの実施態様のあるものにおいて、活性炭は取り外し可能なカートリッジ内に含まれるスラリーの中に提供される。
【００６３】
本発明の特定の実施態様は移動式のモジュール式ヨウ素回収システムおよびヨウ化物を含む水性ブラインからヨウ素を回収するための方法を提供する。これらの実施態様のあるものはブラインの供給を維持するためのヘッドタンク、ヘッドタンクから受け入れたブラインを所望の酸性度へ酸性化するｐＨ調節装置、酸性化されたブライン中のヨウ化物をヨウ素分子へ変換する酸化装置、酸化装置によって提供される酸化されたブラインの流れの中に取り外し可能に挿入された少なくとも１つの活性炭接触装置モジュールであってヨウ素分子と結合してヨウ素錯体を形成する少なくとも１つの活性炭接触装置モジュール、ならびにヘッドタンク、ｐＨ調節装置および酸化装置を収容する輸送可能なコンテナを含む。これらの実施態様のあるものにおいて、コンテナはヘッドタンクを油田からのブラインの流れと接続するための流入ポート、および油田の再注入坑井を通してヨウ化物採取済みブラインを戻すための第２のポートを含む。
【００６４】
これらの実施態様のあるものにおいて、ブラインは高い温度で供給され、ブラインの熱エネルギーから電気エネルギーを生み出すための発電機をさらに含む。これらの実施態様のあるものにおいて、ブラインは高い圧力において供給され、ブラインの圧力によって駆動され、電気エネルギーを生み出す発電機をさらに含む。これらの実施態様のあるものはヘッドタンクによって提供されたブラインを調整するための前処理モジュールを含む。これらの実施態様のあるものはヘッドタンクによって提供されるブラインを調整するための前処理モジュールを含む。前処理モジュールはブラインから残留有機物を分離するために用いられる液体サイクロンを含む。
【００６５】
本発明の特定の実施態様は水性ブラインからヨウ素を回収するためのシステムおよび方法を提供する。これらの実施態様のあるものは油田から受け入れた水性ブラインを選択的に酸性化し、それによって所望の酸性度を有する酸性化されたブラインを得ることを含む。これらの実施態様のあるものは酸性化されたブライン中のヨウ化物を酸化して酸性化されたブライン中の元素状ヨウ素を生み出すことを含む。これらの実施態様のあるものはヨウ素分子を酸性化されたブラインの流れと接触している少なくとも１つの活性炭接触装置モジュールと結合させ、それによってヨウ素錯体を形成させることを含む。これらの実施態様のあるものにおいて、酸化するステップは電気化学的に実行される。これらの実施態様のあるものにおいて、酸化するステップは化学酸化剤を用いることを含む。これらの実施態様のあるものは酸化するステップの前に水性ブラインから炭化水素を分離することを含む。これらの実施態様のあるものにおいて、炭化水素は液体サイクロンを用いて分離される。これらの実施態様のあるものにおいて、水性ブラインから炭化水素を分離することは水性ブラインを乳化剤で前処理することを含む。
【００６６】
例となる特定の実施態様を参照して本発明を記載してきたが、本発明の広義の技術思想および範囲から逸脱することなくこれらの実施態様にさまざまな変更および変化を施してよいことは当業者に明らかであろう。従って、本明細書および図面は限定する意味ではなく説明する意味で見られるべきである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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