Электротермический процесс динамической зачистки - Electro Thermal Dynamic Stripping Process

Образец глины, извлеченный из проекта ET-DSP.^[1]

Электротермический процесс динамической зачистки (ET-DSP) является запатентованным тепловым восстановление окружающей среды технология, созданная McMillan-McGee Corporation, для очистки загрязненных участков. ET-DSP использует легкодоступные трехфазная электрическая мощность обогреть недра электроды. Электроды размещаются на разной глубине и в разных местах пласта. Электрический ток к каждому электроду постоянно контролируется компьютером для равномерного нагрева целевой зоны загрязнения.^[2]

Отличие от ERH

Кривая электрического резистивного нагрева (ERH), показывающая температуру как функцию радиального расстояния от электрода.

Кривая ET-DSP, показывающая температуру как функцию радиального расстояния от электрода.

Разница между Электрический резистивный нагрев (ERH) а ET-DSP - теплопередача за счет конвекция. Вода, нагнетаемая вокруг электродов ET-DSP, нагревается и течет радиально к скважинам вакуумной экстракции, нагревая пласт в процессе. Разница между ERH и ET-DSP показана в основных уравнениях.

Управляющее уравнение для электрического сопротивления нагрева (ERH) задается следующим образом:

${ displaystyle { bar { rho , ! c}} left ({ frac { partial T} { partial t}} right) = { bar { lambda}} left ({ frac { partial ^ {2} T} { partial t ^ {2}}} + { frac {1} {r}} { frac { partial T} { partial r}} right) + { frac {1} { bar { sigma}}} left ({ frac {I} {2 { pi} Lr}} right) ^ {2}}$

куда ${ displaystyle { bar { rho , ! c}}}$ - объемная теплоемкость пласта, T - температура, t - время, ${ displaystyle { bar { lambda , !}}}$ это теплопроводность, ${ displaystyle { bar { sigma , !}}}$ это электрическая проводимость, Я электрический ток L - длина электрода.

Управляющее уравнение для процесса электротермической динамической очистки (ET-DSP) определяется следующим образом:

${ displaystyle { bar { rho , ! c}} left ({ frac { partial T} { partial t}} right) = { bar { lambda}} left ({ frac { partial ^ {2} T} { partial t ^ {2}}} + { frac {1} {r}} { frac { partial T} { partial r}} right) + { frac {1} { bar { sigma}}} left ({ frac {I} {2 { pi} Lr}} right) ^ {2} - underbrace { rho _ {w} , ! c_ {w} { frac {Q} {2 { pi} Lr}} { frac {1} {r}} { frac { partial T} { partial r}}} _ { Конвекция}}$

куда ${ displaystyle rho _ {w}}$ это плотность воды, ${ displaystyle ! c_ {w}}$ это удельная теплоемкость воды и Q - скорость закачки воды.

Описание процесса

Влияние тепла на давление пара.^[1]

Электроды ET-DSP помещаются в загрязненную зону и спроектированы таким образом, что для нагрева почвы можно использовать обычное трехфазное питание. Расстояние между электродами и их расположение определяется из теплопередача механизмы, связанные с отводом пара, электронагревом и перемещением жидкости в загрязненной зоне.

Чтобы определить идеальную схему расположения электродных и экстракционных скважин, используется многофазная, многокомпонентная трехмерная тепловая модель для моделирования процесса. Численное моделирование также используется для проектирования системы энергоснабжения (PDS), требований к мощности от коммунального предприятия и требований к капиталу проекта.

Электрический нагрев увеличивает температуру почвы и грунтовых вод, проводя ток через резистивную родственную воду, которая заполняет пористость почвы. Повышение температуры повышает давление паров летучих и полулетучих загрязнителей, увеличивая их способность улетучиваться и восстанавливаться с помощью традиционных методов, таких как удаление паров почвы.

Контроль процесса нагрева

ET-DSP использует систему распределенного по времени управления (TDC) и межфазной синхронизации (IPS) для управления питанием электродов. Этот процесс контролирует количество и время подачи энергии на отдельные электроды. Если электроды находятся в электрически резистивных зонах, что приводит к появлению холодных пятен, мощность электродов может быть увеличена в этих областях для равномерного нагрева пласта. TDC и IPS контролируют электрическую синусоидальную волну трехфазной мощности с точностью до миллисекунды, так что каждой фазой можно управлять индивидуально.

Численное моделирование и анализ

Трехмерное численное моделирование распределения температуры ET-DSP.^[1]

До внедрения ET-DSP информация о площадке, такая как наземная инфраструктура, использование окружающих земель, краткосрочное использование площадки во время рекультивации, подземная литология, глубина до грунтовых вод, характеристика шлейфа, тип загрязняющего вещества, распределение загрязняющего вещества и необходимое время для достижения целевых температур. Программное обеспечение для численного моделирования и анализа в сочетании с лабораторными экспериментами используется для определения оптимальной стратегии термической реабилитации объекта.

Численное моделирование важно для определения оптимальной конфигурации электродов с точки зрения типа рисунка, формы и разделения; требования к источнику питания; синхронизация мощности; оптимальная целевая температура; и расчетное время для достижения заданной температуры.

Системные компоненты

Система подачи электроэнергии (СЭС)

Система питания ET-DSP.^[1]

Система подачи энергии (PDS) представляет собой трехфазный трансформатор тока с компьютерным управлением. PDS могут иметь ряд номиналов кВА (киловольт-ампер) и являются полностью модульными для приложений plug and play. Каждая PDS оснащена настройками отвода напряжения, которые позволяют увеличивать напряжение на электродах в пластах с изменяющейся удельное сопротивление. ET-DSP может нагревать матрицы почвы, от плотных глин до песков и горных пород.

Электродная сборка

Электрод ET-DSP.^[1]

Электроды для ET-DSP могут быть изготовлены диаметром до 12 дюймов, длиной до 10 футов и рассчитаны на температуру до 180 ° C (356 ° F) при мощности более 50 кВт.

Использование трехфазной синхронизации мощности означает, что рисунок электродов не ограничен геометрически. Узел электродов не перегревает прилегающие почвы благодаря встроенной системе циркуляции воды (системе охлаждения) внутри каждого электрода.

Электроды изготовлены из жаропрочных материалов и подключаются к PDS. Каждый электрод установлен в скважина упакован гранулированным графит который прижат к поверхности электрода. Проводники проходят от каждого электрода обратно к PDS и могут быть установлены как выше, так и ниже уровня земли.

Система циркуляции воды (WCS)

Система циркуляции воды ET-DSP.^[1]

Система циркуляции воды (WCS) подает воду на электроды для передачи тепла за счет конвекция а также охлаждение. Большая часть энергии электрода сосредоточена на концах из-за плотности тока. За счет впрыска воды на концах вода нагревается до температуры пара и транспортируется по заданному объему. Этот процесс более динамично срезает летучие органические соединения (SVOC) и другие нелетучие загрязнители, такие как креозот.

Вода распределяется по внутренней трубе электрода, выходит из электрода через щели рядом с основанием, а затем омывает внешнюю поверхность металла. Часть воды транспортируется в подземные почвы для поддержания текущего пути. Остаток снова входит в электрод через верхние прорези и затем возвращается обратно в резервуар для воды.

Количество воды, направляемой в пласт, зависит от проницаемости подземных грунтов. Типичные скорости закачки в пласт обычно составляют от 0,1 до 0,2 галлона в минуту на электрод.

Система вытяжки>

Обычно в системах экстракции используются системы высокого вакуума, такие как жидкостные кольцевые насосы, роторные нагнетательные нагнетатели и роторно-лопастные нагнетатели. Системы экстракции должны быть способны обрабатывать воду (многофазная экстракция) в процессе экстракции.

Отопление может проводиться на уровне и ниже уровня грунтовых вод, при этом через систему извлекается и обрабатывается большее количество грунтовых вод. Система экстракции подключена к коллектору и настроена для извлечения как подземных вод, так и паров углеводородов из недр внутри электродной решетки. Все восстановленные грунтовые воды передаются в систему очистки, а затем сбрасываются. Пары загрязняющих веществ могут выбрасываться в окружающий воздух или сжигаться в зависимости от местных нормативных требований.

Добывающие колодцы и система коллектора

Добывающие скважины размещаются внутри электродного массива, чтобы максимально увеличить извлечение летучих углеводородов, и предназначены для контроля грунтовых вод, чтобы минимизировать возможность миграции мобилизованного загрязнителя за пределы площадки. Добывающие скважины подключены к коллекторной трубе, которая соединена с системой добычи. В зависимости от рассматриваемого загрязнителя либо сталь, либо одобренный термопласт может использоваться в системе заголовков.

Система очистки грунтовых вод

Системы очистки грунтовых вод удаляют растворенные загрязнители и отложения из грунтовых вод. Система очистки обычно состоит из отстойника и стриппер или гранулированный Активированный уголь. Подземные воды передаются из системы извлечения в систему очистки, где удаляются отложения и загрязнители в растворенной фазе. Затем чистые сточные воды сбрасываются или удаляются утвержденным методом.

В нефтеносных песках Атабаски

Процесс электротермической динамической зачистки (ET-DSP) в настоящее время используется в Нефтяные пески Атабаски для термического извлечения битума и тяжелой нефти компанией E-T Energy Limited. Этот электротермический процесс преобразует электромагнитную энергию в тепловую, индуцируя ток через пласт с помощью электродов возбудителя. Значительный контроль может быть осуществлен над путем, по которому проходят токи, и над температурными профилями, которые будут развиваться в отложениях, путем изменения рабочей частоты и расстояния между возбудителями.^[3] Электротермические процессы практически не имеют проблем, связанных с очень низкой начальной приемистостью пласта, плохой теплопередачей и практически невозможностью адекватного управления движением закачиваемых жидкостей и газов.^[3]

внешняя ссылка

[test-1] а ^б ^c ^d ^е ^ж Техническое описание ET-DSP Трехфазное электрическое резистивное нагревание почвы для восстановления загрязненной почвы и грунтовых вод^{[мертвая ссылка ]}

[test2-2] McMillan-McGee Corp.

[test3-3] а ^б [Технический справочник AOSTRA по нефтяным пескам, битумам и тяжелым нефтям. Под редакцией Лорен Г. Хеплер и Чу Си. Управление по технологиям и исследованиям нефтеносных песков Альберты. Эдмонтон, Альберта, октябрь 1989 г.]

[1]

[2]

[3]