Proces elektrotermicznego dynamicznego usuwania izolacji

Próbka gliny odzyskana z projektu ET-DSP.

Electro Thermal Dynamic Stripping Process ( ET-DSP ) to opatentowana technologia termicznej rekultywacji środowiska in situ, stworzona przez McMillan-McGee Corporation, do czyszczenia zanieczyszczonych miejsc. ET-DSP wykorzystuje łatwo dostępną trójfazową energię elektryczną do ogrzewania podłoża za pomocą elektrod . Elektrody są umieszczane na różnych głębokościach iw różnych miejscach formacji. Prąd elektryczny dostarczany do każdej elektrody jest stale kontrolowany przez komputer, aby równomiernie ogrzać docelową strefę zanieczyszczenia.

Różnica w stosunku do ERH

Krzywa nagrzewania przez opór elektryczny (ERH) przedstawiająca temperaturę w funkcji promieniowej odległości od elektrody.

Krzywa ET-DSP przedstawiająca temperaturę w funkcji promieniowej odległości od elektrody.

Różnica między ogrzewaniem oporowym elektrycznym (ERH) a ET-DSP polega na przenoszeniu ciepła w wyniku konwekcji . Woda wtryskiwana wokół elektrod ET-DSP jest podgrzewana i przepływa promieniowo w kierunku odwiertów ekstrakcji próżniowej, ogrzewając formację w procesie. Różnicę między ERH i ET-DSP pokazano w równaniach rządzących.

Równanie rządzące elektrycznym ogrzewaniem rezystancyjnym (ERH) jest podane przez:

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

gdzie ${\ Displaystyle {\ bar {\ rho \, \! C}}}$ jest masową pojemnością cieplną formacji, T jest temperaturą, t jest czasem, ${\ Displaystyle {\ bar {\ lambda \, \!}}}$ to przewodność cieplna , to przewodność elektryczna , I to $prąd$ elektrody.

Równanie rządzące procesem elektrotermicznego dynamicznego usuwania izolacji (ET-DSP) jest podane przez:

$Displaystyle {\ bar {\ rho \, \! C}} \ lewo ({\ Frac {\ częściowe T} {\ częściowe t}} \ prawo)\ ={\bar {\lambda}}\left({\frac {\częściowe ^{2}T}{\częściowe t^{2}}}+{\frac {1}{r}}{\ frac {\częściowy T}{\częściowy r}}\right)+{\frac {1}{\bar {\sigma }}}\left({\frac {I}{2{\pi}Lr}}\ dobrze)^{2}-\underbrace {\rho _{w}\,\!c_{w}{\frac {Q}{2{\pi}Lr}}{\frac {1}{r}}{ \frac {\częściowy T}{\częściowy r}}} _{Konwekcja}}$

gdzie ${\ Displaystyle \ rho _ {w}}$ jest gęstością wody, jest $ciepłem$ właściwym wody, a Q jest szybkością wtrysku

Opis procesu

Wpływ ciepła na prężność pary.

Elektrody ET-DSP są umieszczane w strefie zanieczyszczonej i są zaprojektowane tak, aby można było wykorzystać konwencjonalną energię trójfazową do ogrzewania gleby. Odległość między elektrodami i ich lokalizacja jest określana na podstawie przenoszenia ciepła związanych z ekstrakcją oparów, ogrzewaniem elektrycznym i ruchem płynu w strefie skażonej.

Aby określić idealny wzór studni elektrodowych i ekstrakcyjnych, do symulacji procesu wykorzystuje się wielofazowy, wieloskładnikowy trójwymiarowy model termiczny. Modelowanie numeryczne jest również wykorzystywane do projektowania systemu zasilania (PDS), zapotrzebowania na energię z zakładu energetycznego oraz wymagań kapitałowych projektu.

Ogrzewanie elektryczne zwiększa temperaturę gleby i wód gruntowych poprzez przewodzenie prądu przez rezystancyjną wodę zwartą, która wypełnia porowatość gleby . Wzrost temperatury podnosi prężność par lotnych i półlotnych zanieczyszczeń, zwiększając ich zdolność do ulatniania się i odzyskiwania za pomocą konwencjonalnych technik, takich jak ekstrakcja oparów z gleby .

Sterowanie procesem ogrzewania

ET-DSP wykorzystuje system sterowania rozproszonego w czasie (TDC) i synchronizację międzyfazową (IPS) do sterowania zasilaniem elektrod. Ten proces kontroluje ilość i czas wysyłania mocy do poszczególnych elektrod. Jeśli elektrody znajdują się w strefach oporności elektrycznej, co powoduje powstawanie zimnych punktów, można zwiększyć moc elektrod w tych obszarach, aby równomiernie ogrzać formację. TDC i IPS kontrolują elektryczną falę sinusoidalną zasilania trójfazowego z dokładnością do milisekundy, dzięki czemu każdą fazą można sterować indywidualnie.

Modelowanie i analiza numeryczna

Trójwymiarowa symulacja numeryczna rozkładu temperatury ET-DSP.

Przed wdrożeniem ET-DSP informacje o miejscu, takie jak infrastruktura powierzchniowa, użytkowanie otaczających gruntów, krótkoterminowe użytkowanie terenu podczas rekultywacji, litologia podpowierzchniowa, głębokość do wód gruntowych, charakterystyka smugi, rodzaj zanieczyszczenia, rozmieszczenie zanieczyszczenia i wymagany czas do zbierane są temperatury docelowe. Oprogramowanie do modelowania numerycznego i analizy symulacyjnej w połączeniu z eksperymentami w skali laboratoryjnej służy do określenia optymalnej strategii termicznej rekultywacji terenu.

Modelowanie numeryczne jest ważne w celu określenia optymalnej konfiguracji elektrod pod względem typu wzoru, kształtu i separacji; wymagania dotyczące zasilania; synchronizacja zasilania; optymalna temperatura docelowa; i szacowany czas do osiągnięcia docelowej temperatury.

Elementy systemu

System zasilania (PDS)

System zasilania ET-DSP.

System zasilania (PDS) to sterowany komputerowo trójfazowy przekładnik prądowy. PDS mogą mieć różne wartości znamionowe KVA (kilowoltowy wzmacniacz) i są w pełni modułowe do zastosowań plug and play. Każdy PDS jest wyposażony w ustawienia odczepów napięcia, które umożliwiają zwiększenie napięcia na elektrodach w formacjach o różnej rezystywności . ET-DSP może ogrzewać matryce gleby, od zwartej gliny po piaski i skały.

Zespół elektrod

Elektroda ET-DSP.

Elektrody do ET-DSP mogą być wykonane w średnicach do 12”, długości do 10 stóp i są przystosowane do pracy w temperaturze do 180°C (356°F) przy mocy ponad 50 kW.

Zastosowanie trójfazowej synchronizacji zasilania oznacza, że wzory elektrod nie są geometrycznie ograniczone. Zespół elektrod nie przegrzewa sąsiednich gruntów dzięki wbudowanemu systemowi cyrkulacji wody (układowi chłodzenia) wewnątrz każdej elektrody.

Elektrody są wykonane z materiałów odpornych na wysokie temperatury i są podłączone do PDS. Każda elektroda jest instalowana w odwiercie wypełnionym granulowanym grafitem , który jest dociskany do powierzchni elektrody. Przewody są prowadzone z każdej elektrody z powrotem do PDS i mogą być instalowane powyżej lub poniżej poziomu gruntu.

System obiegu wody (WCS)

System obiegu wody ET-DSP.

System cyrkulacji wody (WCS) dostarcza wodę do elektrod w celu wymiany ciepła w wyniku konwekcji , a także chłodzenia. Większość energii elektrody jest skoncentrowana na końcach ze względu na gęstość prądu. Poprzez wtryskiwanie wody na końcach, woda jest podgrzewana do temperatury pary i transportowana w docelowej objętości. Ten proces dynamicznie usuwa mniej lotnych związków organicznych (SVOC) i inne nielotne zanieczyszczenia, takie jak kreozot .

Woda jest rozprowadzana po wewnętrznej rurze elektrody, opuszczając elektrodę przez szczeliny w pobliżu podstawy, a następnie spłukuje zewnętrzną powierzchnię metalu. Część wody jest transportowana do gleb podpowierzchniowych, aby utrzymać obecną ścieżkę. Reszta ponownie wchodzi do elektrody przez górne szczeliny, a następnie jest ponownie kierowana z powrotem do zbiornika na wodę.

Ilość wody kierowanej do formacji zależy od przepuszczalności gruntów podpowierzchniowych. Typowe szybkości wstrzykiwania do formacji są zwykle rzędu 0,1 do 0,2 gpm (galon na minutę) na elektrodę.

System ekstrakcji>

Zazwyczaj w systemach ekstrakcji stosuje się systemy wysokiej próżni, takie jak pompy z pierścieniem cieczowym, obrotowe dmuchawy dodatnie i obrotowe dmuchawy łopatkowe. Systemy ekstrakcyjne muszą być zdolne do odprowadzania wody (ekstrakcja wielofazowa) podczas procesu ekstrakcji.

Ogrzewanie może być prowadzone przy zwierciadle wód gruntowych i poniżej, a większe ilości wód gruntowych są pobierane i oczyszczane przez system. System ekstrakcji jest podłączony do kolektora i skonfigurowany do usuwania zarówno wód gruntowych, jak i oparów węglowodorów z powierzchni podpowierzchniowej w układzie elektrod. Cała odzyskana woda gruntowa jest przekazywana do systemu oczyszczania, a następnie odprowadzana. Opary zanieczyszczeń mogą być uwalniane do otaczającego powietrza lub spalane, w zależności od lokalnych wymagań prawnych.

Studnie wydobywcze i system kolektorów

Studnie ekstrakcyjne są umieszczane w układzie elektrod, aby zmaksymalizować odzysk ulatniających się węglowodorów i są zaprojektowane do kontrolowania wód gruntowych w celu zminimalizowania możliwości migracji zmobilizowanych zanieczyszczeń poza teren zakładu. Studnie wydobywcze są podłączone do kolektora wydobywczego, który jest podłączony do systemu wydobywczego. W zależności od rodzaju zanieczyszczenia w układzie kolektora można zastosować stal lub zatwierdzony termoplast .

System oczyszczania wód podziemnych

Systemy oczyszczania wód podziemnych usuwają z wód gruntowych rozpuszczone zanieczyszczenia i osady. System oczyszczania zwykle składa się ze zbiornika sedymentacyjnego i urządzenia do usuwania powietrza lub granulowanego węgla aktywnego . Wody podziemne są przesyłane z systemu ekstrakcji do systemu oczyszczania, w którym usuwane są osady i zanieczyszczenia w fazie rozpuszczonej. Czysta woda ściekowa jest następnie odprowadzana lub usuwana zatwierdzoną metodą.

W piaskach roponośnych Athabasca

Proces Electro Thermal Dynamic Stripping (ET-DSP) jest obecnie stosowany w piaskach roponośnych Athabasca do termicznego odzyskiwania bitumu i ciężkiej ropy przez ET Energy Limited. Ten proces elektrotermiczny przekształca energię elektromagnetyczną w energię cieplną poprzez indukowanie prądu poprzez formację za pomocą elektrod wzbudzenia. Znaczącą kontrolę można uzyskać nad ścieżką pokonywaną przez prądy i nad profilami temperatur, które rozwiną się w złożu, zmieniając częstotliwość roboczą i odstępy między wzbudzeniami. Procesy elektrotermiczne są praktycznie wolne od problemów związanych z bardzo niską iniekcją formacji początkowej, słabym przenoszeniem ciepła i prawie niemożliwością odpowiedniego kontrolowania ruchu wtryskiwanych płynów i gazów.

Linki zewnętrzne