Elektrotermisk dynamisk strippningsprocess

Ett lerprov återvunnet från ett ET-DSP-projekt.

Electro Thermal Dynamic Stripping Process ( ET-DSP) är en patenterad in situ termisk miljösaneringsteknik , skapad av McMillan-McGee Corporation, för rengöring av förorenade platser. ET-DSP använder lättillgänglig trefaskraft för att värma upp ytan med elektroder . Elektroder är placerade på olika djup och platser i formationen. Elektrisk ström till varje elektrod styrs kontinuerligt av dator för att likformigt värma målkontaminationszonen.

Skillnad från ERH

Elektrisk motståndsvärmekurva (ERH) som visar temperaturen som en funktion av radiellt avstånd från elektroden.

ET-DSP-kurva som visar temperaturen som funktion av radiellt avstånd från elektroden.

Skillnaden mellan Electrical Resistance Heating (ERH) och ET-DSP är värmeöverföring på grund av konvektion . Vatten som injiceras runt ET-DSP-elektroderna värms upp och strömmar radiellt mot vakuumextraktionsbrunnarna och värmer upp formationen i processen. Skillnaden mellan ERH och ET-DSP visas i de styrande ekvationerna.

Den styrande ekvationen för elektrisk motståndsuppvärmning (ERH) ges av,

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

där ${\bar {\rho \,\!c}}$ är formationens bulkvärmekapacitet, T är temperaturen, t är tiden, ${\bar {\ lambda \,\!}}$ är värmeledningsförmågan , ${\bar {\sigma \,\!}}$ är den elektriska konduktiviteten , I är den elektriska strömmen och L är elektrodlängden.

Den styrande ekvationen för Electro Thermal Dynamic Stripping Process (ET-DSP) ges av,

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

där $\rho _{w}$ är vattnets densitet , $\!c_{w}$ är vattnets specifika värme och Q är vatteninsprutningshastigheten.

Metodbeskrivning

Värmens effekter på ångtrycket.

ET-DSP-elektroder placeras i den förorenade zonen och är utformade så att konventionell trefaskraft kan användas för att värma upp jorden. Avståndet mellan elektroderna och deras placering bestäms av de värmeöverföringsmekanismer som är associerade med ångextraktion, elektrisk uppvärmning och vätskerörelse i den förorenade zonen.

För att bestämma det ideala mönstret för elektrod- och extraktionsbrunnar används en flerfas, flerkomponents, 3-D termisk modell för att simulera processen. Numerisk modellering används också för att designa strömleveranssystemet (PDS), strömkraven från kraftverket och projektets kapitalkrav.

Elektrisk uppvärmning ökar temperaturen på marken och grundvattnet genom att leda ström genom det resistiva sammansatta vattnet som fyller jordens porositet . Ökningen i temperatur ökar ångtrycket hos flyktiga och halvflyktiga föroreningar, vilket ökar deras förmåga att förångas och återvinnas genom konventionella tekniker såsom utvinning av jordånga .

Styr uppvärmningsprocessen

ET-DSP använder ett system med tidsfördelad kontroll (TDC) och Inter-Phase Synchronization (IPS) för att styra strömmen till elektroderna. Denna process styr mängden och tidpunkten för effekt som skickas till enskilda elektroder. Om elektroderna befinner sig i elektriskt resistiva zoner vilket resulterar i kalla fläckar, kan effekten till elektroderna ökas i dessa områden för att värma formationen jämnt. TDC och IPS styr den elektriska sinusvågen för trefaseffekt till millisekund så att varje fas kan manipuleras individuellt.

Numerisk modellering och analys

3-D numerisk simulering av en ET-DSP temperaturfördelning.

Före implementeringen av ET-DSP, platsinformation såsom ytinfrastruktur, omgivande markanvändning, kortsiktig användning av plats under sanering, underjordisk litologi, djup till grundvatten, plymkaraktärisering, typ av förorening, distribution av föroreningen och den tid som krävs för att uppnå måltemperaturer samlas in. Programvara för numerisk modellering och analyssimulering i kombination med experiment i bänkskala används för att bestämma den optimala termiska saneringsstrategin för platsen.

Numerisk modellering är viktig för att bestämma optimal elektrodkonfiguration i termer av mönstertyp, form och separation; strömförsörjningskrav; strömsynkronisering; optimal måltemperatur; och beräknad tid för att uppnå måltemperaturen.

Systemkomponenter

Power delivery system (PDS)

ET-DSP-kraftleveranssystemet.

Power delivery-systemet (PDS) är en datorstyrd trefasströmtransformator. PDS kan komma i en rad KVA (kilovolt amp) klassificeringar och är helt modulär för plug and play applikationer. Varje PDS är utrustad med spänningsuttagsinställningar som gör att spänningen kan ökas till elektroderna i formationer med varierande resistivitet . ET-DSP kan värma jordmatriser som sträcker sig från täta leror till sand och sten.

Elektrodmontage

ET-DSP-elektroden.

Elektroder för ET-DSP kan tillverkas i diametrar upp till 12", längder upp till 10 fot långa och är klassade för upp till 180 °C (356 °F) vid mer än 50 kW.

Att använda trefaseffektsynkronisering innebär att elektrodmönster inte är geometriskt begränsade. Elektrodenheten överhettar inte de intilliggande jordarna på grund av ett inbäddat vattencirkulationssystem (kylsystem) inuti varje elektrod.

Elektroder är tillverkade av högtemperaturbeständiga material och är anslutna till PDS. Varje elektrod är installerad i ett borrhål packat med granulär grafit som komprimeras till elektrodens yta. Ledare körs från varje elektrod tillbaka till PDS och kan installeras antingen över eller under höjd.

Vattencirkulationssystem (WCS)

ET-DSP vattencirkulationssystem.

Vattencirkulationssystemet (WCS) ger vatten till elektroderna för värmeöverföring på grund av konvektion och även kylning. Huvuddelen av elektrodens energi är koncentrerad i ändarna på grund av strömtätheten. Genom att injicera vatten i ändarna värms vattnet upp till ångtemperaturer och transporteras genom hela den avsedda volymen. Denna process avlägsnar dynamiskt mer lättflyktiga organiska föreningar (SVOC) och andra icke-flyktiga föroreningar som kreosot .

Vatten fördelas ner i elektrodens inre rörledningar, lämnar elektroden genom slitsar nära basen och sköljer sedan över metallens yttre yta. En del av vattnet transporteras ut i underjorden för att upprätthålla den nuvarande vägen. Resten går tillbaka in i elektroden genom övre slitsar och återcirkuleras sedan tillbaka till vattentanken.

Mängden vatten som leds in i formationen är beroende av permeabiliteten hos de underjordiska jordarna. Typiska injektionshastigheter i formationen är vanligtvis i storleksordningen 0,1 till 0,2 gpm (gallon per minut) per elektrod.

Extraktionssystem>

Normalt används högvakuumsystem som vätskeringpumpar, roterande positiva fläktar och roterande skovelfläktar för extraktionssystemen. Extraktionssystem måste kunna hantera vatten (flerfasextraktion) under utvinningsprocessen.

Uppvärmning kan ske vid och under grundvattenytan och större mängder grundvatten tas ut och renas genom systemet. Extraktionssystemet är anslutet till samlingsröret och inställt för att extrahera både grundvatten och kolväteångor från underytan i elektrodgruppen. Allt återvunnet grundvatten överförs till reningssystemet och släpps sedan ut. Förorenande ångor kan släppas ut i den omgivande luften eller förbrännas, beroende på lokala myndighetskrav.

Extraktionsbrunnar och samlingssystem

Extraktionsbrunnar placeras i elektroduppsättningen för att maximera återvinningen av de förflyktigade kolvätena och är utformade för att kontrollera grundvattnet för att minimera potentialen för migration utanför anläggningen av den mobiliserade föroreningen. Extraktionsbrunnar är anslutna till ett extraktionshuvudrör, som är anslutet till extraktionssystemet. Beroende på den aktuella föroreningen kan antingen stål eller en godkänd termoplast användas i samlingssystemet.

Grundvattenbehandlingssystem

Grundvattenreningssystem tar bort lösta föroreningar och sediment från grundvattnet. Behandlingssystemet består vanligtvis av en sedimentationstank och en luftavdrivare eller granulärt aktivt kol . Grundvatten överförs från extraktionssystemet till reningssystemet där sedimentet och föroreningarna i löst fas avlägsnas. Det rena avloppsvattnet släpps sedan ut eller avlägsnas med en godkänd metod.

I Athabasca Oil Sands

Electro Thermal Dynamic Stripping Process (ET-DSP) används för närvarande i Athabasca Oil Sands för att termiskt återvinna bitumen och tung olja av ET Energy Limited. Denna elektrotermiska process omvandlar elektromagnetisk energi till termisk energi genom att inducera ström genom formationen med hjälp av excitatorelektroder. Avsevärd kontroll kan åstadkommas över vägen som strömmarna tar och över temperaturprofilerna som kommer att utvecklas i avsättningen genom att variera arbetsfrekvensen och excitatoravståndet. Elektrotermiska processer är praktiskt taget fria från problem relaterade till mycket låg initial formationsinjektivitet, dålig värmeöverföring och nästan omöjlighet att adekvat kontrollera rörelsen av injicerade vätskor och gaser.

externa länkar