利用結構化基層構造和相關的系統從含烴物質中回收烴的方法

2023-08-06 23:35:26

利用結構化基層構造和相關的系統從含烴物質中回收烴的方法
【專利摘要】從含烴物質回收烴的方法可以包括形成結構化滲透性控制基層構造（100）。該結構化基層構造界定出基本密閉容積。粉碎的含烴物質可以被引入該控制基層構造中而形成含烴物質的可滲透體（120）。可滲透體（120）可以被充分加熱以便從中移出烴諸如通過利用加熱導管（118、126）。在加熱過程中含烴物質基本是靜止的，因為結構化基層構造（100）是固定的結構。所移出的烴可以以液態產物（136）和氣態產物（140）收集以便進一步加工、在工藝中使用和/或如回收時使用。
【專利說明】利用結構化基層構造和相關的系統從含烴物質中回收烴的方法
[0001] 本申請是分案申請，原國際申請的申請日為2008年2月8日、申請號為200880010448.4 (PCT/US2008/053434)、發明名稱為「利用結構化基層構造和相關的系統從含烴物質中回收烴的方法」。
[0002]相關申請
[0003]本申請要求於2007年2月9日提交的美國臨時申請60/900，505、於2007年3月12日提交的美國臨時申請60/906，634和於2007年5月17日提交的美國臨時申請60/930，711的權益，它們每一篇通過引用併入本文。
【背景技術】
[0004]儘管價格增加以及其它經濟和地理政治因素，對化石燃料的全球及國內需求持續增長。隨著此類需求持續增長，對發現另外經濟可行的化石燃料來源的研究和調查相應增加。歷史上，很多人已經意識到例如貯存在油頁巖、煤和浙青砂礦床中的大量能量。然而，這些來源就經濟競爭性回收而言一直是一項有難度的挑戰。加拿大浙青砂已經顯示，這些嘗試可以是富有成效的，儘管很多挑戰仍然存在，包括環境影響、產品質量和工藝時間以及其它。
[0005]全球油頁巖儲量估計在兩萬億到大約七萬億桶油的範圍內，這取決於估計的來源。無論如何，這些儲量代表著巨大的容量並且依然是基本未使用的資源。大量的公司和投資者不斷研究和測試從這些儲量中回收油的方法。在油頁巖工業中，提取方法包括由核爆炸產生的地下碎石煙道、原位方法諸如原位變換工藝(ICP)法(Shell Oil)和在鋼製造的乾餾爐中燃燒。其它方法包括原位射頻法(微波)以及「改良的」原位法——其中地下採礦、爆破和乾餾被結合起來以從地層製造碎石，從而允許更好的燃燒和加熱滲透性。滲透性通常是期望的，原因在於熱解作用——其為提取烴的方法，可以在較低的能量輸入下以更高的質量和更大的產量實現。
[0006]在典型的油頁巖工藝中，所有的工藝都面臨經濟和環境因素的權衡。目前沒有單獨的工藝滿足經濟、環境和技術挑戰。此外，全球變暖的問題引發解決與此類工藝相關的二氧化碳(CO2)釋放的另外的措施。需要實現環境管理然而仍提供高產能量燃料輸出的方法。
[0007]地下原位概念的出現基於它們產出高產量的能力同時避免採礦成本。儘管可以實現避免採礦的成本節約，但由於頁巖極低的滲透性，原位方法需要較長時間加熱地層，取決於其性質，該方法需要較緩慢以及較長的乾餾時間以斷裂並轉化地層中的烴。通過利用原位方法，在容量和採礦成本節約方面可以得到收穫，但是原位方法遭遇滲透性問題，這需要地層斷裂以及較長的時間以產生油和氣。對於任何原位方法而言可能最重大的挑戰在於不確定性和可能伴隨地下淡水層出現的長期潛在的水汙染。在Shell的ICP方法的情況中，「冷凍壁」被用作屏障，以便在理論上維持含水層與地下處理區域之間的隔離。儘管這是可能的，但是沒有長期的分析證實可長期保證防止汙染。在缺乏保證以及甚至在更少補救的情況下，如果冷凍壁失敗，則期望其它方法來解決此類環境危險。
[0008]由於這個原因以及其它原因，對可以從合適的含烴物質提供改進的烴回收的方法和系統仍然存在需要，所述方法和系統具有可接受的經濟學並且避免了上述缺陷。

【發明內容】

[0009]按照本發明，從含烴物質回收烴的方法可以包括形成結構化滲透性控制基層構造。該結構化基層構造界定出基本密閉容積。採出的含烴物質可以被引入該控制基層構造中而形成含烴物質的可滲透體。可滲透體可以被充分加熱以便從中移出烴。在加熱過程中含烴物質可以基本上是靜止的。所移出的烴可以被收集以進一步加工、在工藝中作為補充燃料或添加劑使用，和/或無需進一步處理而直接使用。控制基層構造可以包括完全加襯的不滲透壁或不滲透側壁以及基本不滲透的底部和蓋。
[0010]本發明能夠使困難的問題得到解決，所述問題與從表面或地下開採的含烴礦床以及從收穫的生物質諸如油頁巖、浙青砂、褐煤、煤和生物質提取烴液和氣體有關。本發明有助於降低成本、增加體積輸出、減少空氣排放、限制水消耗、防止地下含水層汙染、改造表面擾動、減少材料處理成本、去除髒微粒以及改善回收的烴液或氣體的組成，等等。本發明也用更安全的、更可預測的、工程化的、可觀測的、可修復的、可修改以及可預防的水保護結構，解決了水汙染問題。
[0011]本發明是採礦相關的「地上」方法，然而其不限於或束縛於常規的地上(不在原位)乾餾方法。本發明對表面乾餾爐的效益加以改進，包括更好地工藝控制溫度、壓力、注射速率、流體和氣體組成、產品質量以及由於處理和加熱採出的碎石而產生的更好的滲透性。按照本發明，這些優勢是可得到的，同時還解決了體積、加工和可放大性問題，這是大多數已製造的表面乾餾爐不能提供的。
[0012]可以從本發·明得到的其它改進與環境保護有關。在廢頁巖已經被採出並通過表面乾餾爐之後，常規的表面乾餾爐具有廢頁巖的問題。已經被加熱改變的廢頁巖需要專門的處理以便從地表洩水區和地下含水層回收並分離。本發明的目的以獨特聯合方法解決了回收和乾餾。關於也是現有表面乾餾法代表性的主要問題的空氣排放，本發明由於其巨大的體積容量和高滲透性，可以適應更長的加熱停留時間以及因此較低的溫度。在提取工藝中，低溫的一個好處是來自油頁巖礦砂中碳酸鹽分解的二氧化碳產生可以基本上被限制，從而顯著地降低CO2排放物和大氣汙染物。本發明獨特地提供了不僅一個問題而是許多問題的解決方案，並且是以一體化的方法進行的。因而，對公眾重要的利益可以在能量產生、經濟機會、環境管理和能量輸出方面實現。
[0013]根據下面舉例闡述本發明特徵的詳細描述，本發明的其它特徵和優勢將是明顯的。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]圖1是按照本發明一個實施方式的結構化滲透性控制基層構造的側面部分剖視示意圖。
[0015]圖2是按照本發明一個實施方式的多個滲透性控制蓄積池的頂視圖和平面圖。
[0016]圖3是按照本發明一個實施方式的滲透性控制蓄積池的側面剖視圖。[0017]圖4是按照本發明實施方式的結構化基層構造的一部分的示意圖。
[0018]圖5是顯示按照本發明另一實施方式的兩個滲透性控制蓄積池之間傳熱的示意圖。
[0019]應當注意，所述附圖僅僅是例證本發明的幾個實施方式並且因此無意限定本發明的範圍。此外，所述附圖一般未按比例繪製，而是為在圖解本發明的各方面時方便和清晰起見而草擬的。
【具體實施方式】
[0020]現在將參考示例性實施方式，並且在此將使用特定的語言來描述所述示例性實施方式。然而應當理解，在此無意限定本發明的範圍。本文所述的本發明特徵的改變和進一步的修改以及如本文所述的本發明原理的另外應用——其是相關領域並且已經擁有該公開內容的技術人員將會想到的，被認為在本發明的範圍內。此外，在本發明的特定實施方式被公開和描述之前，應當理解，本發明不限於本文公開的具體方法和材料，因為這些在一定程度上可以變化。還應當理解，本文所用的術語僅用於描述特定實施方式的目的，並且不意圖是限定性的，因為本發明的範圍僅由所附的權利要求及其等價物限定。
[0021]定義
[0022]在描述和要求保護本發明時，將使用下列術語。[0023]單數形式「一個(a)」、「一個(an)」和「該(the)」包括複數指代，除非上下文另外明確規定。因此，例如，對「壁(a wall)」的指代包括指一個或多個此類結構，「可滲透體(apermeable body)」包括指代一個或多個此類物質，以及「加熱步驟(heating step)」指的是一個或多個此類步驟。
[0024]如本文所用，「參考水準面以下(below grade) 」和「地基(subgrade) 」是指在結構化構造下面支持土壤或泥土的基礎。因此，當巖石、土壤或其它物質從一位置移走或挖掘時，表面參考水準面遵循該挖掘的輪廓。術語「原位」、「在地層中」和「地下」因此是指在參考水準面以下的活動或位置。
[0025]如本文所用，「導管(conduit)」是指沿著指定距離的任何通路，其可用於從一個地點向另一個地點運送物質和/或熱。儘管導管通常可以是圓形的管，但是其它非圓形的導管也可以是有用的。導管可以有利地用於將液體引入可滲透體中或從該可滲透體提取液體、進行傳熱和/或輸送射頻裝置、燃料電池機構、電阻加熱器或其它裝置。
[0026]如本文所用，「結構化基層構造(constructed infrastructure) 」是指基本上全部是人造的結構，其與通過修改或填充已有地質地層的孔而形成的冷凍壁、硫壁或其它屏障相反。
[0027]結構化滲透性控制基層構造優選基本上不含原狀地質地層，儘管該基層構造可以鄰近或直接接觸原狀地層而形成。此種控制基層構造可以是獨立的或通過機械方法、化學方法或此類方法的組合連接至原狀地層，例如利用錨、系材或其它適當的硬設備螺栓連接到該地層中。
[0028]如本文所用，「粉碎的」是指將地層或較大的團塊破裂成碎塊。粉碎的團塊可以被破碎或以其他方式破裂成碎片。
[0029]如本文所用，「含烴物質」是指從中可以提取或得到烴類產品的任何含有烴的物質。例如，烴可以直接作為液體提取、經由溶劑提取而移出、直接蒸發或以其他方式從該物質中移出。然而，許多含烴物質含有通過加熱和熱解作用而被轉化為烴的乾酪根或浙青。含烴物質可以包括但不限於油頁巖、浙青砂、煤、褐煤、浙青、泥煤及其他富含有機物巖石。
[0030]如本文所用，「蓄積池(impoundment) 」是指設計來容納或保持液態和/或固態可移動物質累積的結構。蓄積池通常源於至少一大部分地基和來自土地物質的結構支撐。因此，本發明的控制壁不總是具有與形成它們的土地物質和/或地層無關的獨立強度或結構完整性。
[0031]如本文所用，「可滲透體」是指具有相對高滲透性的任何粉碎的含烴物質的塊，所述相對高的滲透性超過相同組成的固態原狀地層的滲透性。適合用於本發明的可滲透體可以具有大於大約10%的空隙體積以及通常具有大約20%至40%的空隙體積，儘管其它範圍可以是合適的。允許高滲透性促進了通過對流作為主要的傳熱而對可滲透體的加熱，同時也大大降低了與壓碎成微細大小相關的成本，例如低於大約I到大約0.5英寸。
[0032]如本文所用，「壁」是指具有滲透性控制作用以將物質限制在至少部分由控制壁限定的密閉容積內的任何結構化特徵。壁可以以任何方式定向，諸如垂直的，儘管界定該密閉容積的頂、底及其它外形也可以是如本文所用的「壁」。
[0033]如本文所用，「採出的」是指已經從最初的色層分離位置或地質位置移到或擾動到第二以及不同位置的物質。通常，採出物質可以通過破碎、壓碎、爆炸引爆或其他方式從地質地層中移出物質而產生。
[0034]如本文所用，「基本靜止的」是指當烴從含烴物質移出時，幾乎不動的物質定位，由於爆米花效應，其具有一定程度的下沉、膨脹餘量，和/或沉降。相反，含烴物質的任何循環和/或流動，諸如在 流化床或旋轉乾餾爐中發現的，包括含烴物質的高度顯著移動和處理。
[0035]如本文所用，「基本的」當用於指物質的量或數量或其具體特徵時，是指足以提供該物質或特徵被意圖提供的效應的量。可允許的精確的偏差度在一些情況下可取決於具體的上下文。類似地，「基本上不含的」等是指在組成中缺乏所指的元素或物質。特別地，被鑑定為「基本不含的」的元素或者完全不存在於組成中，或者僅以足夠小以致對該組成不具有可測量影響的量被包括。
[0036]如本文所用，「大約」是指基於代表所指特定性質的實驗誤差的偏差度。術語「大約」提供的範圍將取決於具體的上下文以及特定的性質並且是本領域技術人員能夠容易辨別的。術語「大約」不意欲擴大或限制可另外被賦予特定值的等價物的程度。此外，除非另有說明，術語"大約"將明確地包括「精確地」，與下面關於範圍和數值數據的討論一致。
[0037]濃度、尺寸、數量及其他數值數據在此可以以範圍形式呈現。應當理解，這樣的範圍形式僅僅為方便以及簡潔起見而使用的，並且應當被靈活地解釋為不僅包括作為該範圍界限明確敘述的數值，而且包括包含在該範圍內的全部單個數值或亞範圍，如同各數值以及亞範圍被明確地敘述。例如，大約I至大約200的範圍應當被解釋為不僅包括明確敘述的I和大約200界限，而且包括單個大小，諸如2、3、4、以及亞範圍諸如10至50、20至100
坐寸ο
[0038]如本文所用，為方便起見，多個項、結構成分、組成元素和/或物質可以在共同列表中呈現。然而，這些列表應當被理解為如同該列表的每個成員各自地被確定為單獨且獨特的成員。因此，在沒有相反表示的情況下，此類列表的單個成員都不應當僅僅基於它們呈現在一個共同組中而被解釋為同一列表任何其它成員的事實上的等價物。
[0039]本發明的實施方式
[0040]按照本發明，從含烴物質回收烴的方法可以包括形成結構化滲透性控制基層構造。該結構化基層構造界定出基本密閉容積。採出的或收穫的含烴物質可以被引入該控制基層構造中而形成含烴物質的可滲透體。可滲透體可以被充分加熱以便從中移出烴。在加熱過程中含烴物質可以基本上是靜止的，因為結構化基層構造是固定的結構。所移出的烴可以被收集以進一步加工、在工藝中使用和/或如回收時使用。
[0041]本發明這些方面的每一方面在下面進一步詳細地描述。結構化滲透性控制基層構造可以利用現有的參考水準面作為該結構化基層構造的底部支撐和/或作為側壁支撐而形成。例如，控制基層構造可以作為獨立式結構形成，即僅僅利用現有參考水準面作為底部，其中側壁是人造的。可選地，控制基層構造可以在挖掘的坑內形成。無論如何，本發明的控制基層構造總是在參考水準面以上形成。 [0042]本發明的結構化滲透性控制基層構造可以包括滲透性控制蓄積池，其界定出基本密閉容積。本發明的滲透性控制蓄積池基本上不含原狀地質地層。具體而言，蓄積池的滲透性控制方面可以被完全結構化並且人造為單獨的隔離機構，用以防止物質不受控制的移動到密閉容積中或移動出密閉容積。
[0043]在本發明的一個實施方式中，滲透性控制蓄積池可以沿著挖掘的含烴物質礦床的壁形成。例如，油頁巖、浙青砂或煤可以從礦床中採出以形成大約對應於期望的蓄積池密閉容積的凹穴。所挖掘的凹穴然後可以用作建立滲透性控制蓄積池的形狀和支撐。
[0044]在本發明的一個可選方面，至少一個另外的已挖掘含烴物質礦床可以形成，以便可以操作多個蓄積池。此外，這樣的構造可以促進採出物質的運輸距離減小。具體地，用於任何特定密閉容積的採出含烴物質可以從相鄰的已挖掘含烴物質礦床中採出。以此種方式，可以建造結構化構造的網格，以便採出的物質可以被立即且直接地裝填到相鄰的蓄積池中。
[0045]含烴礦床的採礦和/或挖掘可以利用任何合適的技術完成。可以使用常規的露天採礦，儘管也可以利用可選的挖掘機而不必要求輸送所採出的物質。在一個具體的實施方式中，含烴礦床可以利用起重機懸掛的挖掘機挖掘。適當的挖掘機的一個實例可以包括垂直式隧道開挖機。這樣的機器可以被配置來挖掘在挖掘機下面的巖石和物質。隨著物質被移走，挖掘機被降低以確保與地層基本上連續接觸。被移走的物質可以利用運輸機或升降機傳送出挖掘區域。可選地，挖掘在含水泥漿條件下進行，以降低灰塵問題並且充當潤滑劑/冷卻劑。泥漿物質可以被泵出挖掘處，以在沉降槽或其它類似固體-液體分離器中進行固體分離，或者可以使固體直接在蓄積池中沉澱。這種方法可以容易地與同時或順序進行的基於溶液的金屬及其他物質的回收結合起來，如下面更詳細的描述。
[0046]此外，滲透性控制蓄積池的挖掘和形成可以同時完成。例如，挖掘機可以被配置來移出含烴物質同時形成蓄積池的側壁。物質可以僅從側壁邊緣的下面移走，以便該壁可以向下導入，從而允許另外的壁段疊在上面。這種方法可以允許增加深度同時在支撐性蓄積池壁形成之前避免或降低坍塌的危險。
[0047]蓄積池可以由任何適宜的材料形成，該材料使通過蓄積池壁的物質傳遞得以隔離。以這樣的方式，在控制基層構造作業期間，壁的完整性被保持得足以基本上阻止流體不受控制的移動到控制基層構造的外面。用於形成結構化滲透性控制基層構造的蓄積池的適當材料的非限定性實例可以包括粘土、膨潤土(例如包含至少一部分膨潤土的粘土)、壓實填充物、耐火水泥、水泥、合成的土工格柵、玻璃纖維、鋼筋、納米碳富勒烯(fulIerene)添加劑、填充的土工布袋、聚合物樹脂、耐油的PVC襯裡或其組合。改造的水泥複合物(ECC)(纖維水泥複合材料，engineered cementitious composite)材料、纖維增強的複合材料等可以是特別堅固的並且可以被容易改造以滿足特定裝置的滲透性和溫度容限要求。作為一般的方針，在基層構造的操作溫度下具有低滲透性和高機械完整性的材料是優選的，但不是必需的。例如，熔點在基層構造最大操作溫度以上的材料可以用於在加熱和回收期間以及之後保持防漏(containment)。然而，如果非加熱緩衝區被保持在壁與可滲透體的加熱部分之間，也可以使用較低溫度的材料。此類緩衝區可以在從6英寸到50英尺的範圍內，這取決於用於蓄積池的特定材料以及可滲透體的組成。在本發明的另一個方面，蓄積池的壁可以是耐酸、耐水和/或耐鹽水的，例如足以耐受暴露於溶劑回收和/或用酸性或鹽水溶液的漂洗，以及蒸汽或水。對於沿著地層或其它固體支撐而形成的蓄積池壁，該蓄積池壁可以由噴塗水泥漿、噴塗液體乳液或其它噴射材料諸如可噴塗的耐火級水泥漿形成，所述可噴塗的耐火級水泥漿針對地層形成密封並產生本發明的滲透性控制蓄積池壁。蓄積池壁可以是基本上連續的，以便蓄積池形成足以阻止流體除進口和出口一例如如本文討論經由導管等一一以外大量移入蓄積池或從蓄積池移出的密閉容積。以此種方式，本發明的蓄積池可以容易地滿足政府流體運移規章。可選地，或與製造的屏障結合，部分蓄積池壁可以是原狀地質地層和/或壓實土。在此情況下，結構化滲透性控制基層構造是可滲透和不可滲透壁的結合，如在下面更詳細地描述。[0048]在本發明的一個詳述的方面，一部分含烴物質，處理前或處理後的，可以被用作水泥加固和/或水泥基底，其然後在適當位置被傾注，以形成控制基層構造的部分或全部的壁。這些物質可以在適當位置形成或者可以預先形成，然後在現場組裝而形成整體蓄積池建築物。例如，蓄積池可以通過在適當位置作為整體鑄造成形、擠出、預成形或預製件堆疊、通過水泥漿(水泥、ECC或其它適當的物質)連接的混凝土板材、膨脹形式等而建造。這些形式可以依著地層建成或者可以是獨立的結構。形式可以由任何適當的材料建造，諸如但不限於鋼、木材、玻璃纖維、聚合物等。形式可以在適當位置組裝或可以利用起重機或其它適當的機構定向。可選地，結構化滲透性控制基層構造可以由用緻密充填材料按層組裝的筐和/或土工合成織物形成。可以添加任選的粘合劑，以增強滲透性控制壁的緻密性。在本發明的又一詳述方面，控制基層構造可以包含或主要由密封劑、水泥漿、鋼筋、合成粘土、膨潤土、粘土襯砌、耐火水泥、高溫土工膜、排水管、合金片或其組合組成。
[0049]在一個實施方式中，蓄積池壁和底部的結構可以包括固有的或操縱的低質頁巖與砂、水泥、纖維、植物纖維、納米碳、碎玻璃、增強鋼、改造的碳增強柵格、鈣等的任何組合的多個壓實層。除此類複合材料壁之外，可以採用通過其它不滲透性工程而防止長期的流體和氣體移動的設計，其包括但不限於襯裡、土工膜、壓實土、輸入砂、砂礫或巖石和重力排水外形，以使流體和氣體遠離不透水層而移動到出口。蓄積池底部和壁結構可以但不必包括上階的或下階的斜坡或臺階，因為採礦過程的情況可以規定遵循最佳礦石品級採礦。在任何這樣的上階的或下階的應用中，底部水平和防漏壁結構通常可以向一側或特定的中央儲集區(或多個儲集區)排出或傾斜，以通過重力排水幫助而去除流體。[0050]任選地，密閉容器壁和底部構造可以包括絕緣體，其防止熱從結構化基層構造向外傳遞或從主結構化密閉防漏容器內的內部密閉容器或導管向外傳遞。絕緣體可以包括已製造的材料、水泥或各種其它材料，其比周圍物體即可滲透體、地層、相鄰的基層構造等的導熱性小。絕熱屏障也可以在可滲透體內、沿著蓄積池壁、頂和/或底部而形成。本發明的一個詳述方面包括利用可生物降解的絕緣物質，例如大豆絕緣體等。這與本發明這樣的實施方式一致，其中蓄積池是單一應用體系，以便絕緣體、管和/或其它部件可以具有相對低的使用壽命，例如小於1-2年。這可以降低設備成本以及減少長期的環境影響。
[0051]本發明的結構和方法可以在幾乎任何規模下應用。較大的密閉容積和增加的蓄積池數目可以容易地生產比得上或超過較小結構化基層構造的烴類產品和性能。作為一例證，單蓄積池的大小可以從數十米到數十英畝。最適宜的蓄積池尺寸可以根據含烴物質和操作參數而變，然而，預期適當的面積範圍可以為頂部平面表面積中從大約二分之一英畝到五英畝。
[0052]本發明的方法和基層構造可以用於從多種含烴物質中回收烴。本發明的一個特別的優勢是在控制被引入密閉容積中的可滲透體的顆粒大小、條件和組成方面的寬自由度。可以被處理的採出的含烴物質的非限定性實例包括油頁巖、浙青砂、煤、褐煤、浙青、泥煤或其組合。在一些情況中，可以期望的是提供單一類型的含烴物質，以便可滲透體主要由上述物質之一組成。然而，可滲透體可以包括這些物質的混合物，以便等級、含油量、含氫量、滲透性等可以被調節以達到期望的結果。此外，不同的烴物質可以處於多個層中或處於混合的方式諸如組合煤、油頁巖、浙青砂、生物質和/或泥煤。
[0053]在一個實施方式中，基於優化的原因，含烴物質可以被劃分入在主結構化基層構造內的各個內部密閉容器中。例如，當油頁巖地層被採礦時，被採礦的油頁巖地層的層和深度可能在某些深度的生產層中更富集。一旦進行爆炸、採礦、鏟起和拖拉到密閉容器內以便於放置，更富集的含油礦石可以通過富集度來分類或混合，以實現最佳產量、更快的回收，或者實現在各蓄積池內的最佳平均。此外，提供不同組成的層可以具有增加的益處。例如，浙青砂的下層可以在油頁巖的上層下面定向。通常，該上下層可以彼此直接接觸，儘管這不是必要的。上層可以包括嵌入其中的加熱管，如在下面更詳細的描述。加熱管可以加熱油頁巖，以足夠釋放乾酪根油一·包括短鏈液烴，其可以充當從浙青砂中去除浙青的溶劑。以這種方式，上層作為原位溶劑來源，用於增強從下層移出浙青。在下層內的加熱管是任選的，這樣該下層可以不含加熱管或者可以包括加熱管，這取決於從上層和任何其它熱源經由向下傳遞液體而傳遞的熱的量。選擇性控制可滲透體的特徵和組成的能力在最佳化油產量和質量方面增加了顯著量的自由度。
[0054]此外，在本發明的許多實施方式中，所釋放的氣態和液態產品充當原位生產的溶劑，其增強幹酪根移出和/或從含烴物質中另外的烴移出。
[0055]在本發明的又一詳述方面，可滲透體可以進一步包含添加劑或生物質。添加劑可以包括任何成分，其作用是增加所移出的烴的質量，例如API增加、粘度減小、流動特性改善、剩餘頁巖的潤溼降低、硫減少、氫化劑減少等。適當的添加劑的非限定性實例可以包括浙青、乾酪根、丙烷、天然氣、天然氣凝析油、原油、精煉底部物質、浙青質、常用溶劑、其它稀釋劑和這些物質的組合。在一個具體的實施方式中，添加劑可以包括流動改善劑和/或氫供體劑。一些物質可以充當兩種或任一種試劑以改善流動或作為氫供體。此類添加劑的非限定性實例可以包括甲烷、天然氣凝析油、常用溶劑諸如丙酮、甲苯、苯等，及上面列舉的其他添加劑。添加劑可以用於增加任何烴類產品中氫碳比率，以及充當流動增強劑。例如，各種溶劑及其他添加劑可以產生物理混合物，其對於固體顆粒、巖石等具有降低的粘度和/或降低的親合性。此外，一些添加劑可以與烴化學反應和/或允許烴類產品的液體流動。所使用的任何添加劑可以變成最終回收產品的一部分或者可以被移出並再利用或者另外處理。
[0056]類似地，含烴物質的生物羥基化作用以形成合成氣或其它輕質產品可以利用已知的添加劑和方法來完成。也可以以類似的方式使用其他酶或生物催化劑。此外，人造物質也可以被用作添加劑，諸如但不限於輪胎、聚合廢品或其它含烴物質。
[0057]儘管本發明的方法可廣泛應用，但是作為一般的方針，可滲透體可以包括從大約1/8英寸到大約6英尺的顆粒，並且在一些情況中小於I英尺，而在其它情況下小於大約6英寸。然而，作為實際情況，大約2英寸到大約2英尺的尺寸可以提供優良的結果，特別是大約I英尺直徑可用於油頁巖。空隙空間可以是決定最佳顆粒直徑的一個重要因素。作為一般的情況，可以使用任何功能的空隙空間；然而，大約15%到大約40%並且在一些情況中大約30%通常提供滲透性與可用體積有效利用之間的優良平衡。通過改變其它參數諸如加熱導管位置、添加劑等，空隙體積可以稍微變化。採出的含烴物質的機械分離使得能夠產生細網目、高滲透性的顆粒，其一旦被放入在蓄積池內的密閉容器中則會提高散熱率。增加的滲透性允許更合理的低溫，其也有助於避免高溫，該高溫引起更多CO2產生自碳酸鹽分解，以及相應釋放出痕量重金屬、揮發性有機物以及可產生有毒流出物和/或不期望物質的其它化合物，這些有毒流出物和/或不期望物質必須被監控和控制。
[0058]在一個實施方式中，計算機輔助的採礦、礦山設計、拖運、爆炸、分析、裝載、運輸、安置和防塵措施可以被用於滿足和最佳化採出物質運動到結構化密閉防漏結構中的速度。在本發明的一個可選方面，本發明的蓄積池可以在含烴地層的挖掘體積中形成，儘管遠離控制基層構造的其它位置也可以是有用的。例如，一些含烴地層具有相對薄的烴富集層，例如小於大約300英尺。因此，陡直採礦和鑽孔往往不是成本有效的。在此情況下，水平採礦可以用於回收含烴物質，形成可滲透體。儘管水平採礦一直是一種挑戰性的嘗試，但是許多技術已經被開發，並且繼續在開發，其可以與本發明結合使用。在此情況下，蓄積池的至少一部分可以跨越水平層形成，而該蓄積池的其它部分可以沿著和/或鄰近非含烴地層形成。其它採礦方法諸如但不限於房柱式採礦可以提供具有最小限度浪費的有效含烴物質來源，和/或可以被運輸到蓄積池並按照本發明處理的回收。
[0059]如本文所述，關於可以針對特定裝置進行設計並最優化的可滲透體的性質和特徵，本發明允許較大程度的控制。蓄積池，單獨地以及跨越多個蓄積池，可以基於物質的不同組成、想要的產品等而容易地進行修整和分類。例如，幾個蓄積池可以用於生產重質原油，而其它的可以被配置用於生產輕質產品和/或合成氣。潛在的分類和因素的非限定性實例可以包括催化劑活性、針對特定產品的酶促反應、芳族化合物、含氫量、微生物菌株或目的、升級處理、目標最終產品、壓力(實現產品質量和類型)、溫度、膨脹性能、水熱反應、氫供體劑、熱附加處理(superdisposition)、垃圾蓄積池、汙水蓄積池、可再用的管道及其他。典型地，這些因素中的多個可用於在給定的工程區基於不同的產品和目的來構建蓄積池。[0060]粉碎的含烴物質可以以任何適當的方式被填充到控制基層構造中以形成可滲透體。一般地，粉碎的含烴物質可以通過傾卸、傳送帶或其它適當的方法被輸送到控制基層構造中。如前面敘述，可滲透體可以具有適當高的空隙體積。無選擇的傾卸可以導致過度的壓實和空隙體積降低。因此，可滲透體可以通過將含烴物質低壓實輸送到基層構造中而形成。例如，隨著可滲透體被形成，收回的傳送帶可用於將物質遞送到該可滲透體的頂面附近。以這種方法，含烴物質可以保持顆粒之間大的空隙體積，而沒有顯著的進一步壓碎或壓實，儘管當可滲透體被形成時 存在一些經常由巖石靜壓力引起的小壓實程度。
[0061]一旦期望的可滲透體已經在控制基層構造之內形成，則可以引入足以開始移出烴的熱，例如通過熱解作用。適當的熱源與可滲透體熱相關。在可滲透體之內的最佳操作溫度可以取決於組成和期望的產品改變。然而，作為一般的方針，操作溫度可以從大約200 °F到大約750 T。整個密閉容積的溫度變化可以改變並且在一些區域可以達到高達900 T或以上。在一個實施方式中，操作溫度可以是相對較低的溫度，以促進液態產物的生產，諸如從大約200 °F到大約650 T。該加熱步驟可以是焙燒作業，其導致對可滲透體的壓碎礦石的選礦。進一步，本發明的一個實施方式包括控制溫度、壓力及其他變量，其足以主要產生液體產物以及在一些情況下基本上僅產生液態產物。通常，產品可以包括液態和氣態產物，而液態產物可以要求更少的加工步驟諸如洗滌機等。可滲透體相對高的滲透性允許生產液態烴產品以及最小化氣態產物，這在某種程度上取決於特定的原材料和操作條件。在一個實施方式中，烴類產品的回收基本上可以在可滲透體內缺乏裂縫的情況下進行。
[0062]在本發明的一個方面，熱可以通過對流被傳遞到可滲透體。加熱的氣體可以被注入控制基層構造中，以便當加熱氣體貫穿可滲透體時該可滲透體主要通過對流被加熱。加熱氣體可以通過天然氣、烴產品或任何其它適當的來源的燃燒而產生。加熱氣體可以從外部來源輸入或者從本發明的工藝回收。
[0063]可選地，或與對流加熱結合，高度可配置的方法可以包括將多個導管嵌入可滲透體內。導管可以被配置用作加熱管、冷卻管、傳熱管、排水管或氣體管。進一步，在基層構造操作期間，導管可以用於單一功能或者可以用於多種功能，即傳熱和排水。取決於預期功能，導管可以由任何適當的材料形成。適當的材料的非限定性實例可以包括陶瓷管、耐火水泥管、難熔ECC管、現場澆築管、金屬管諸如鑄鐵、不鏽鋼等、聚合物諸如PVC和類似物。在一個特定實施方式中，所有的或至少一部分嵌入導管可以包含可降解的材料。例如，非鍍鋅6"鑄鐵管可以有效地用於單用途實施方式，並且其在蓄積池的有效期限內運行優良，一般地小於大約2年。進一步，多個導管的不同部份可以由不同的材料形成。現場澆築管可以特別用於非常大的密閉容積，其中管徑超過幾英尺。這樣的管可以利用以環形形狀保持粘性流體的軟外罩形成。例如，PVC管連同軟外罩一起可被用作該形式的一部分，其中混凝土或其它粘性流體被泵送入PVC與軟外罩之間的環形空間中。取決於預期功能，可以在導管中製造穿孔或其它孔以允許流體在導管與可滲透體之間流動。典型的操作溫度超過常規聚合物和樹脂管的熔點。在一些實施方式中，導管可以被放置和定向，以便導管在基層構造的操作期間有意熔化或以其它方式降解。
[0064]多個導管可以以任何結構被容易地定向，無論是基本上水平的、垂直的、傾斜的、分枝的還是其它形式。在將導管嵌入可滲透體內之前，導管的至少一部分可以沿著預定的通道定向。預定通道可以被設計來改善傳熱、氣-液-固接觸，最大化在密閉容積內的流體從特定區域的輸出或移出等。進一步，至少部分導管可以用於加熱可滲透體。這些加熱導管可以被選擇性穿孔，以允許加熱氣體或其它流體對流加熱可滲透體並在整個可滲透體中混合。穿孔可以被定位並調整大小以在整個可滲透體中最優化均勻和/或可控的加熱。可選地，加熱導管可以形成閉合環路，以便加熱氣體或流體與可滲透體隔離。因此，「閉合環路」不一定需要再循環，而是需要加熱流體與可滲透體隔離。以這樣的方式，加熱可以主要地或基本上僅通過從加熱流體熱傳導通過導管壁進入可滲透體中而完成。在閉合環路中加熱允許防止在加熱流體與可滲透體之間的傳質，並且可以降低氣態烴類產品的形成和/或提取。
[0065]在可滲透體的加熱或烘燒期間，超過母巖分解溫度的局部加熱區域——經常在大約900 T之上，可降低產率並形成二氧化碳以及可導致含有重金屬、可溶性有機物等的淋出液的不期望汙染化合物。本發明的加熱導管可以允許基本上消除此類局部化加熱部位，同時將大多數可滲透體維持在期望的溫度範圍之內。溫度的均勻程度可以是成本(例如，另外的加熱導管)對產率的平衡。然而，至少大約85%的可滲透體可以容易地維持在大約5-10%的目標溫度範圍之內，而基本上沒有加熱部位，即超過含烴物質的分解溫度諸如大約800 及在很多情況下大約900 T。因此，如本文所述操作，本發明的系統可以允許回收烴同時消除或基本上避免生產不希望的淋出液。儘管取決於原材料，產品可以顯著地改變，但是高質量液態和氣態產物是可能的。按照本發明的一個實施方式，壓碎的油頁巖物質可以產生具有從大約30到大約45的API的液態產物，其中大約33到大約38是現在典型的，其直接來自油頁巖而沒有附加處理。有趣地，本發明的實踐導致這樣的理解:對於所回收的烴質量，壓力似乎是比溫度和加熱時間影響小得多的因素。儘管取決於空隙空間、可滲透體的組成、質量等，加熱時間可以顯著地改變，但是作為一般方針，時間可以在從幾天(即3-4天)到大約一年的範圍內。在一個具體實例中，加熱時間可以在大約2周到大約4個月的範圍內。在較短的停留時間，即幾分鐘到幾小時，加熱不足的油頁巖可以導致可濾取和/或稍微揮發性的烴形成。因此，本發明允許在中等溫度下延長停留時間，以便存在於油頁巖中的有機物可以被揮發和/或碳化，留下少量的可濾取有機物。另外，下面的頁巖通常不分解或改變，這減少可溶性鹽的形成。
·[0066]此外，導管可以在多個蓄積池和/或控制基層構造之中定向，以在所述結構之間轉移流體和/或熱。導管可以利用常規焊接等彼此焊接。此外，導管可以包括允許在可滲透體中物質膨脹和沉降期間旋轉和/或少量運動的接合點。另外，導管可以包括支撐系統，其在裝填密閉容積之前和期間以及在操作期間用於支撐導管組件。例如，在流體的加熱流動期間，加熱等可以引起膨脹(壓裂或爆米花效應)或下沉，其在導管和相連的接合點上足以產生潛在破壞性的應力和應變。桁架支撐系統或其它類似的固定構件可以用於降低對導管的損害。固定構件可以包括水泥磚、I字梁、鋼筋、柱等，其可以與蓄積池的壁相聯，包括側壁、底部和頂部。
[0067]可選地，在將任何開採物質引入密閉容積內之前，導管可以被完全構造並裝配。在設計導管的預定通道以及填充該體積的方法時要謹慎並進行規劃，以防止當導管被埋入時在填充過程中破壞該導管。因此，按一般規則，用於本發明的導管從開始起或者在嵌入可滲透體之前即被定向，以便它們不被鑽孔。因此，可以在不進行大規模的取心鑽進和/或與井筒或水平鑽孔有關的複雜機械時完成導管的構建及其布置。相反地，導管的水平或任何其它方向可以通過在用採出的含烴物質填充基層構造之前或與此同時裝配期望的預定通道而容易地完成。以各種幾何圖案定向的非鑽孔、手放置/起重機放置的導管可以布置有閥控制的連接點，其在密閉蓄積池內產生精確的且密切地監控的加熱。放置和分層布置導管的能力包括連接、支路和流量閥以及直接注入和退出點，其允許精確溫度和加熱速率、精確壓力和增壓率以及精確流體和氣體入口、出口以及組成混合物。例如，當使用細菌、酶或其它生物材料時，可以在可滲透體各處容易地保持最佳溫度，以增加此類生物材料的性能、反應和可靠性。
[0068]導管通常在不同的點處通過結構化基層構造的壁。由於溫差和容限，在壁與導管之間的界面處包括絕緣材料可以是有益的。該界面的尺寸可以被最小化，同時在基層構造啟動、穩態運行、波動操作條件和停工期間還允許熱膨脹差異的空間。該界面還可以包括絕緣材料和密封裝置，其防止烴或其它物質從控制基層構造中不受控制的釋放。適當材料的非限定性實例可以包括高溫墊圈、金屬合金、陶瓷、粘土或礦物質襯墊、複合材料或者其它具有高於典型操作溫度的熔點的物質，並且其充當由控制基層構造的壁提供的滲透性控制的延長部分。
[0069]此外，結構化基層構造的壁可以被配置以最小化熱損失。在一個方面，該壁可以被構造具有基本均勻的厚度，該厚度被最佳化以提供足夠的機械強度，同時還最小化導管所經過的壁材料的體積。具體地，過於厚的壁可減少通過經由傳導吸收熱而被傳遞進入可滲透體的熱的量。反之，該壁還可以充當熱屏障以便在操作期間一定程度上隔絕可滲透體並保持其中的熱。[0070]在一個實施方式中，在可滲透體內的流體和氣體化合物可以利用例如通過氣體的誘導壓力或來自堆積碎石的堆積巖石靜壓力而改變為期望的提取產品。因此，一些程度的提級和/或改性可以與本發明的回收過程一起完成。此外，某些含烴物質可需要利用特定的稀釋劑或其它物質來處理。例如，按照眾所周知的機理，浙青砂的處理可以通過蒸汽注入或溶劑注射以促進浙青從砂粒中分離而容易地完成。
[0071]牢記上述描述，圖1描繪了本發明一個實施方式的側視圖，其顯示了修建的密閉防漏和提取蓄積池100，其中現有的參考水準面108被主要用作不滲透性底層112的支撐。外部密閉蓄積池側壁102提供了防漏並且可以但是不必由內壁104細分。細分可以在蓄積池100的更大密閉防漏容器內產生單獨的防漏密閉容器122，其可以是任何幾何形狀、大小或細分部分。此外，細分可以是水平或垂直堆疊的。通過產生單獨的防漏密閉容器122或室，低級物質、各種氣體、各種液體、各種處理階段、各種酶或微生物學類型的或者其它期望的和分段的處理的分類可以被容易地容納。被構造為較大結構化密閉容器內的筒倉的分開的密閉容器還可以被設計，以提供分段和順序的處理、溫度、氣體和流體組成以及熱轉移。這樣的分開的密閉容器可以提供另外的環境監測以及可以由類似於主外壁的順排和加工的尾部護臺(tailing berm)建造。在一個實施方式中，在蓄積池100內的分開部分可用於在缺乏外部加熱的情況下隔離地放置物質，或者意圖限制或控制燃燒或者溶劑應用。具有較低含量的烴的物質可以用作燃燒材料或作為填充或護壁建造材料。不滿足各種截止級閾值的物質還可以被隔離，而無需對致力於此種目的的蓄積池改變。在此類實施方式中，這樣的區域可以被完全隔離或者熱、溶劑、氣體、液體等繞道通過它。任選的監視裝置和/或設備可以永久地或暫時地安置在蓄積池內或者蓄積池的外周，以便確認被隔離物質被防漏。
[0072]壁102和104以及蓋116和不滲透層112可以由筐146和/或填充壓實而分層布置的土工格柵148來建造並加固。可選地，這些壁102、104、116和112——其構成滲透性控制蓄積池和一起限定了密閉容積一可以由如前所述的任意其它合適的材料形成。在該實施方式中，蓄積池100包括側壁102和104，它們是自支承式的。在一個實施方式中，尾部護臺(tailing berms)、壁以及底部可以基於結構以及滲透性而被壓實並建造。在滲透性控制層之前或與滲透性控制層一其可以包括砂、粘土、膨潤土、砂礫、水泥、水泥漿、鋼筋水泥、耐火水泥、絕緣體、土工膜、排水管、穿透加熱管的耐熱絕緣體等——結合，可以包括應用壓實的土工格柵及其它錨定物結構用以支撐護臺和堤。
[0073]在一個可選實施方式中，滲透性控制蓄積池可以包括為壓實土和/或原狀地質地層的側壁，而蓋和底部是不滲透性的。具體地，在這樣的實施方式中，不滲透性蓋可用於防止揮發物和氣體從蓄積池不受控制的逸出，以便可以使用適當的氣體收集出口。類似地，不滲透性底部可用於容納和引導所收集的液體至適當的出口諸如排放系統133，以從蓄積池的較低區域移出液體產品。儘管在一些實施方式中不滲透性側壁可以是期望的，但是此類不滲透性側壁並不總是需要。在一些情況下，側壁可以是暴露的原狀土或壓實的填充物或土或者其它滲透性材料。具有可滲透側壁可允許來自蓄積池的一些小的氣體和/或液體出□。
[0074]在結構化密閉防漏容器的上面、下面、周圍以及附近，環境水文學測量裝置可以被建造以便在作業期間將地表水重新引導遠離密閉壁、底部、蓋等。此外，重力輔助的排水管和機構可以被用於聚集和引導密閉容積內的流體、液體或溶劑根據需要到達中央聚集管、泵送管、冷凝管、加熱管、分段和排放管、筒倉、槽和/或井。以類似的方式，可以再循環有意引入的蒸汽和/或水，例如用於浙青砂浙青處理。
[0075]一旦壁結構102和104已經在結構化和不滲透性底層112——其始於地表面106——之上被構造，採出的碎石120 (其可以按照大小或烴富集度被壓碎或分級)可以分層放置在所布置的管狀加熱管118、流體排放管124和或氣體聚集或注射管126上(或緊挨著它們)。這些管可以被定向並且以任何最佳流型、角度、長度、大小、體積、交叉、柵格、壁大小、合金結構、射孔設計、注射速率和提取率來設計。在一些情況下，管諸如那些用於傳熱的管可以被連接至熱源134、再循環通過熱源134或從熱源134取得熱。可選地或結合地，回收的氣體可以通過冷凝塔140被冷凝。通過該冷凝塔回收的熱可以任選地被用於可滲透體的補充加熱或用於其它處理需要。
[0076]熱源134可以取得、增強、聚集、產生、結合、分離、傳遞或包括源自任何適當的熱源的熱，所述適當的熱源包括但不限於燃料電池、固體氧化物燃料電池、太陽能源、風源、液態烴或氣體燃燒加熱器、地熱熱源、核電站、燃煤電廠、射頻發熱、波能、無焰燃燒室、自然分布的燃燒室或其任何組合。在一些情況下，可以使用電阻加熱器或其它加熱器，儘管固體氧化物燃料電池和基於燃燒的加熱器是目前優選的。在一些場所，地熱水可以以足夠的量循環到表面以加熱可滲透體並且被引入基層構造中。
[0077]在另一個實施方式中，導電材料可以分布遍及可滲透體並且電流可以經過導電材料以足夠發熱。導電材料可以包括但不限於金屬片或珠、導電水泥、塗敷金屬的顆粒、金屬陶瓷複合材料、導電半金屬碳化物、煅燒石油焦炭、敷設金屬絲、這些材料的組合等。導電材料可以被預先混合，具有各種網孔大小或所述材料可以在可滲透體形成之後被引入可滲透體中。
[0078]液體或氣體可以從熱源134轉移熱，或在另一個實施方式中，在烴液或氣體燃燒的情況下，射頻發生器(微波)、燃料電池或固體氧化物燃料電池都可以但事實上不必在密閉蓄積池區域114或122之內產生熱。在一個實施方式中，可滲透體的加熱可以通過來自烴燃燒的對流加熱來完成。特別感興趣的是在化學計量條件下進行的燃料與氧的烴燃燒。化學計量條件可以允許顯著地增加加熱氣體溫度。化學計量燃燒可以使用純氧源但通常不需要純氧源，純氧源可以通過已知的技術包括但不限於氧濃縮器、膜、電解等提供。在一些實施方式中，氧可以自具有化學計量數量的氧和氫的氣體提供。燃燒廢氣可以被引入超高溫換熱器，例如陶器或操作溫度在大約2500 °F之上的其它適當的材料。從周圍環境中獲得或從其它工藝再循環的空氣可以經過該超高溫換熱器被加熱，然後被送至蓄積池用於加熱可滲透體。燃燒廢氣然後可以被隔離，而無需進一步的分離，也就是說，這是因為該廢氣主要是二氧化碳和水。
[0079]為了最小化熱損失，在燃燒室、換熱器和蓄積池之間的距離可以被最小化。因此，在一個具體詳述的實施方式中，可攜式燃燒室可以附著於單獨加熱導管或較小的導管分段。可攜式燃燒室或燃燒器可以獨立地提供大約100，OOOBtu到大約1，000, OOOBtu，其中每管大約600，OOOBtu通常是足夠的。
[0080]可選地，密閉容器內燃燒可以在主要的結構化密閉防漏結構內的分隔的密閉容器內部開始。該過程部分燃燒含烴物質以提供熱和內在的熱解。有害的空氣排放物144 一旦從密閉防漏容器114、122或從熱源134中導出並通過已鑽的井筒142輸送，則可以被捕捉並隔離在地層108中。熱源134還可以產生電並經過電傳輸線150傳遞、轉換或供電。從密閉蓄積池處理 區域114或122提取的液體或氣體可以被貯存在附近的收集槽136中或貯存在密閉防漏容器114或122內。例如，不滲透性底層112可以包括傾斜區域110，其引導液體走向排放系統133，在那裡液體被導入收集槽。
[0081]當碎石物質120與管道118、124、126和128 —起放置時，預期各種測量設備或傳感器130可在提取過程期間監控建造的密閉防漏蓄積池100之內、其周圍或者在其下面的溫度、壓力、流體、氣體、組成、加熱速率、密度以及所有其它工藝屬性。此類監控設備和傳感器130可以分布在任何地方——所布置的管道118、124、126和128之內、其周圍、其一部分、與其相連或者在其頂部上，或者在碎石物質120或不滲透性阻擋區112的頂部、被其覆蓋或者埋入其內。
[0082]隨著所放置的碎石物質120填充密閉處理區域114或122，120變成了建造的不滲透性蓋阻擋區138和壁屏障結構170的頂部支撐，其可以包括不滲透性和建造的流體和氣體屏障或結構化密閉結構的任何組合，所述結構包含可組成112的那些，其包括但不限於粘土 162、壓實填充物或引入物質164、包含水泥或耐火水泥的材料166、土工合成膜、襯裡或絕緣體168。在138之上，充填材料116被放置，以在密閉處理區域114或122上產生巖石靜壓力。用足夠的壓實填充物覆蓋可滲透體以在可滲透體內產生增加的巖石靜壓力可以有助於進一步增加烴產品質量。壓實填充物頂部可以基本上覆蓋可滲透體，而可滲透體返過來可以基本上支撐該壓實填充物頂部。壓實填充物頂部進一步對移出的烴可以是足夠地不滲透的，或者可以以類似於側壁和/或底壁的方式增加另外的滲透性控制材料層。一旦被提取、處理或再循環一情況可以是經過任意的管道118、124、126或128，通過增加任何氣體或流體，附加壓力可以被引入提取密閉處理區域114或122中。相對於密閉蓄積池100內的加熱、提取、穩定、隔離、蓄積、提級、精煉或結構分析工藝，全部相關的測量、優化率、注射速率、提取速率、溫度、加熱速率、流速、壓力比率、容量指示器、化學組成或其它數據，通過連接至計算裝置132而被預期，所述計算裝置132操作計算機軟體以進行管理、計算和優化整個工藝。此外，取心鑽進、地質儲量分析以及地層在爆炸、開採和運輸之前的試驗模型(或者在這些任務之前、之後或期間的任意時刻)可以充當數據輸入進入計算機控制的機構中，其操作軟體以鑑定最佳放置、尺寸、被校準並交叉引用以達到期望生產率的體積和設計、壓力、溫度、熱量輸入速率、氣體重量百分數、氣體注入組成、熱容量、滲透性、孔隙率、化學組成和礦物組成、壓實、密度。此類分析和測定可以包括其它因素像氣象數據因素，諸如影響結構化基層構造的總體性能的溫度和空氣溼度量。其它數據諸如礦石水分含量、烴富集度、重量、篩目尺寸和礦物組成以及地質組成可以被用作輸入，包括產生項目現金流通、債務還本付息和內部報酬率的貨幣的時間價值數據組。
[0083]圖2A顯示了蓄積池的集合，包括未覆蓋的或打開蓋的密閉蓄積池100，其含有在採礦場200內部的分開的密閉蓄積池122，採礦場200具有各種高度的臺階式採礦。圖2B僅為清楚起見圖解了無相關導管及其他方面的單個蓄積池122。該蓄積池可以類似於在圖1圖解的蓄積池或任何其它結構。在一些實施方式中，預期開採的碎石可以沿著斜道230或經過運輸機232被傳輸到採礦場密閉蓄積池100和122，而不需任何採礦運輸卡車。
[0084]圖3顯示了在密閉蓄積池100下面的建造的滲透阻擋層112，其中蓋覆蓋材料或填充物302在密閉蓄積池100的側面和頂端上，以最終(按照工藝)覆蓋和利用新的地表300。可能已經暫時從該地區移走的本土植物可以重新栽培諸如樹306。本發明的結構化基層構造通常可以是單一用途的結構，其可以在最小限度的附加補救下容易地且安全地關閉。這可以顯著地降低與移動大量消耗材料有關的成本。然而，在一些情況下，結構化基層構造可以被挖掘和再利用。一些裝置諸如射頻(RF)機構、管材、設備和發射器可以在烴回收完成後從結構化蓄積池內回收。
·[0085]圖4顯示了計算機工具130，其控制在集合蓄積池100內的細分蓄積池122中的過程期間連接到熱源134的導管118、126或128的各種性質輸入和輸出，以控制可滲透體的加熱。熱可以任選地是閉合環路，這樣氣體經過回流管135返回熱源或者另外被引導遠離蓄積池。類似地，從蓄積池收集的液體和蒸汽可以被監控並分別收集在槽136和冷凝塔140中。例如，液體產品可以經由排放系統(未顯示)收集並貯存在收集槽136中。來自各蓄積池的蒸汽產品可以經由適當的氣體收集系統收集並被引導至冷凝塔。可冷凝的產品典型地是高質量烴，例如煤油、噴氣燃料或其它高級燃料，並且可以被單獨儲存在可冷凝槽141中。類似地，不冷凝部分可以被導向該工藝的其它部分或貯存在槽143中。如前面所述，液體和蒸汽產品可以結合，或者更經常而言，留下作為分離的產品，這取決於可冷凝性、目標產品等。一部分蒸汽產品可以被冷凝並在槽136中與液體產品組合。然而，許多的蒸汽產物將是C4和可以燃燒、銷售或在該工藝內使用的更輕氣體。例如，氫氣可以利用常規氣體分離進行回收，並且可用於按照常規提級方法例如催化方法等加氫處理液體產物，或者不冷凝氣態產物可以被燃燒以產生熱，用於加熱可滲透體、加熱相鄰的或者附近的蓄積池、加熱服務或職員區域或者滿足其它工藝用熱需要。結構化基層構造可以包括熱電偶、壓力計、流量計、流體分散傳感器、富集度傳感器和遍及該結構化基層構造分布的任何其它常規工藝控制設備。這些設備每個可以與計算機可操作相連，以便可以在可滲透體的加熱期間監控或改變加熱速率、產物流速和壓力。任選地，適當位置的攪動可以利用例如超聲波發生器進行，所述超聲波發生器與可滲透體相連。這樣的攪動可以促進烴從位於下面的與它們結合的固體材料中分離和熱解。此外，足夠的攪動可以減少在可滲透體和導管各處的阻塞和結塊。
[0086]圖5顯示了任意導管如何可被用於將熱以任何形式的氣體、液體或熱經由輸送工具510從分開的任意密閉蓄積池轉移到另一分開的密閉蓄積池。然後，冷卻的流體可以經由傳熱工具512被輸送到產熱密閉容器500，或者產熱源134以從密閉容器500獲得更多熱，而再次再循環到目標密閉容器522。因此，各種導管可用於將熱從一個蓄積池轉移到另一蓄積池，以便再循環熱並管理能量的利用以最小化能耗。
[0087]在本發明的又一個方面，在加熱步驟期間氫供體劑可以被引入可滲透體中。氫供體劑可以是任何組成，其能夠氫化烴並且可以任選地是還原劑。適當的氫供體劑的非限定性實例可以包括合成氣、丙烷、甲烷、氫、天然氣、天然氣凝析油、工業溶劑諸如丙酮、甲苯、苯、二甲苯、枯烯、環戊烷、環己烷、低碳烯烴(C4-C10)、萜烯、這些溶劑的取代化合物等。此外回收的烴可以在可滲透體內或者在收集之後經歷加氫處理。有利地，從氣體產物回收的氫可以被再引入液體產物中用於提級。無論如何，加氫處理或加氫脫硫過程對降低最終烴類產品中的氮和硫含量可以是非常有用的。任選地，催化劑可以被引入以促進此類反應。另外，輕質烴引入可滲透體中可引起重整反應，其降低分子量，同時增加氫碳比。這對用於本發明特別有利，至少部分原因在於可滲透體的高滲透性，例如經常為大約30%空隙體積，儘管空隙體積通常可以在大約15%至大約40%空隙體積。可以被注入的輕質烴可以是對回收的烴提供重整的任何烴。適當的輕質烴的非限定性實例包括天然氣、天然氣凝析油、工業溶劑、氫供體劑及其它具有十個或更少碳以及經常具有五個或更少碳的烴。目前，天然氣是一種有效的、方便的且 豐富的輕質烴。如前面所述，各種溶劑或其它添加劑也可以被加入，以幫助從油頁巖中提取烴類產品並且經常還可以增加流動性。
[0088]通過將輕質烴輸送經過具有與可滲透體較低部分流體連通的開口端的輸送導管，以便該輕質烴(其在正常操作狀態之下是氣體)向上透過該可滲透體，輕質烴可以被引入可滲透體中。可選地，這種相同的方法可被用於首先被輸送給空的蓄積池的回收烴。以這種方法，蓄積池可以充當來自附近的蓄積池的直接產品的收集槽，以及充當重整裝置或提級裝置。在該實施方式中，蓄積池可以至少部分被填充液體產物，氣態輕質烴在其中經過，並使其與液態烴產物在依照眾所周知的方法足以實現重整的溫度和條件下接觸。也可以在蓄積池內的液體產物中包括任選的重整催化劑，其包括金屬諸如Pd、Ni或其它適當的催化活性的金屬。催化劑的添加可以用於針對特定液體產品而降低和/或調節重整溫度和/或壓力。此外，本發明的蓄積池可以容易地在幾乎任何深度下形成。因此，由於蓄積池中的液體量和蓄積池的高度，最佳重整壓力(或當利用蓄積池深度作為壓力控制措施以從可滲透體中回收時的回收壓力)可基於流體靜壓力設計，即P=Pgh0另外，在蓄積池的高度內壓力可以顯著改變，足以提供多個重整區和適應性壓力。通常，可滲透體內的壓力可足以實現基本唯一的液體提取，儘管取決於可滲透體的特定組成，可以產生一些較少量的蒸汽。作為一般的方針，壓力可以在大約5atm到大約50atm的範圍內，儘管大約6atm到大約20atm的壓力可以是特別有用的。然而，可以使用任何大於大約大氣壓的壓力。
[0089]在一個實施方式中，提取的粗製物在細分密閉容器內沉澱出細粒。提取的流體和氣體可以被處理以除去細粒和灰塵顆粒。細粒從頁巖油中分離可以通過諸如但不限於熱氣過濾、沉澱和重油再循環的技術完成。
[0090]從可滲透體回收的烴類產品可以進一步被處理(例如精煉)或如產生時使用。任何可冷凝氣態產物可以通過冷卻和收集進行冷凝，而不可凝氣體可以被收集、作為燃料燃燒、再注入或另外使用或處理。任選地，行動裝置可用於收集氣體。這些裝置可以緊鄰控制基層構造而被容易地定向，並且氣態產物經由適當的導管從控制基層構造的上面區域被引到其中。
[0091 ] 在又一可選的實施方式中，在可滲透體內的熱可以在從中初次回收烴物質之後被回收。例如，大量的熱被保留在可滲透體中。在一個任選的實施方式中，可滲透體可以被充滿傳熱流體諸如水以形成加熱的流體，例如加熱的水和/或蒸汽。同時，這種工藝可以經由廢頁巖固體的物理漂洗而促進一些殘餘烴產物的移出。在一些情況下，水的引入以及蒸汽的存在可引起水煤氣變換反應以及合成氣的形成。從該工藝回收的蒸汽可用於驅動發電機、被導入另一附近的基層構造或另外被利用。烴和/或合成氣可以通過常規方法與蒸汽或加熱流體分離。
[0092]儘管本發明的方法和基層構造允許改善的滲透性和操作條件的控制，但是相當大量的未回收的烴、貴金屬、礦物質、碳酸氫鈉或其它商業上有價值的物質時常留在可滲透體中。因此，選擇性溶劑可以被注入或被引入該可滲透體中。典型地，這可以在收集烴之後進行，儘管某些選擇性溶劑可以在加熱和/或收集之前有利地使用。這可以利用一個或多個現有導管或者通過直接注入並滲透經過可滲透體來完成。選擇性溶劑或浸析液可以被選擇作為一種或多種目標物質的溶劑，例如礦物質、貴金屬、重金屬、烴或碳酸氫鈉。在一個【具體實施方式】中，蒸汽或二氧化碳可被用作可滲透體的漂洗劑以移去至少一部分任何剩餘的烴。這不僅在移出可能有價值的次級產品中可以是有益的，而且在清理痕量重金屬或無機物的剩餘廢料至低於檢測水平，以滿足規章標準或防止將來物質的不經意浙濾方面也是有益的。·
[0093]更具體而言，在加熱可滲透體之前或之後可以使用各種回收步驟，以回收重金屬、貴金屬、痕量金屬或其它物質——其或者具有經濟價值或者在加熱可滲透體期間可能引起不期望的問題。通常，此類物質的回收可以在可滲透體加熱處理之前完成。回收步驟可以包括但是絕不限於溶液採礦、浙濾、溶劑回收、沉澱、酸(例如鹽酸、酸式滷化物等)、浮選、離子樹脂交換、電鍍等。例如，重金屬、鐵鋁氧石或鋁和汞可以通過使可滲透體注滿適當的溶劑並通過適當設計的離子交換樹脂(例如粒、膜等)再循環所得到的浸析液而被去除。
[0094]類似地，可以進行烴物質、廢料或貴金屬的生物提取、生物浙濾、生物回收或生物補救，以進一步改善補救、提取有價值金屬以及將廢料恢復到環境可接受的標準。在這樣的生物提取情況中，導管可用於注入催化氣體作為前體，其有助於助長生物反應和生長。此類微生物和酶可以在礦石溶劑萃取之前經由生物氧化而生物化學氧化礦體或材料或纖維質或其它生物質。例如，穿孔管或其它機構可用於將足以刺激本地細菌生長和作用的輕質烴(例如甲烷、乙烷、丙烷或丁烷)注入可滲透體中。細菌可以是本地的或引入的並且可以在有氧或厭氧條件下生長。這樣的細菌可以從可滲透體釋放金屬，其然後可以經過用適當的溶劑衝洗或其它合適的回收方法進行回收。回收的金屬然後可以利用常規方法被沉澱出來。
[0095]合成氣也可以在加熱步驟期間從可滲透體回收。通過工藝可以操縱氣體生產的各個階段，所述工藝提高或降低密閉容積內的操作溫度並調整進入蓄積池的其它輸入以產生合成氣，其包括但不限於一氧化碳、氫氣、硫化氫、烴、氨、水、氮氣或其各種組合。在一個實施方式中，當提取合成氣時，可以控制可滲透體內的溫度和壓力以降低CO2排放。
[0096]從本發明的結構化基層構造回收的烴類產品最常見可以被進一步加工，例如通過提級、精練等。來自相關提級和精練加工的硫可以在較大結構化蓄積池密閉容器內的各種結構化硫密閉容器中分離。結構化硫密閉容器可以是用過的結構化基層構造或者專用於在脫硫後貯存和分離目的的。
[0097]類似地，在結構化基層構造中剩餘的廢含烴物質可以被用在水泥和聚集產物的生產中，以用於基層構造本身的構建或穩定或者用於形成別處的結構化基層構造。利用廢頁巖製造的此類水泥產品可以包括但不限於與下列的化合物的混合物:波特蘭水泥、鈣、火山灰、珍珠巖、合成納米碳、砂、玻璃纖維、碎玻璃、浙青、焦油、粘合用樹脂、纖維素植物纖維
坐寸ο
[0098]仍在本發明的另一實施方式中，注射、監控和生產用導管或提取出口可以被併入結構化基層構造內的任何模式或布置中。在結構化密閉防漏容器下面或外面的監控井和構建的土工膜層可以被用於監控防漏邊界和結構化基層構造外不需要的流體和水分移動。
[0099]儘管填充且 製備的結構化基層構造通常可以被立即加熱以回收烴，但是這不是必需的。例如，被建造且被填充了採出的含烴物質的結構化基層構造可以被留在適當的位置作為探明儲量。此類結構較不容易受遭到由於恐怖分子活動引起的爆炸或破壞並且還可以提供未加工石油產品的戰略儲備，所述石油產品具有分級和已知的特性，以便經濟學評價可以被增加以及更加可預測。長期的石油儲備經常面臨質量隨時間變差的問題。因此，本發明可以任選被用於長期質量保證和貯存，關於烴類產品分解和降解方面的顧慮被減少。
[0100]仍在本發明的另一方面，高品質液體產物可以與更粘性的較低品質(例如較低的API)烴類產品摻合。例如，從蓄積池生產的乾酪根油可以與浙青摻合而形成摻合油。浙青在常規的且接受的管道標準下通常不能通過長的管道輸送並且可以具有顯著高於乾酪根油的粘度以及顯著低於乾酪根油的API。摻合的量可以顯著變化，這取決於浙青和乾酪根油的具體品質。然而，作為一般的原則，摻合油可以是5%至95%的乾酪根油，在一些情況下為大約10%至約40%，在其它情況下為大約50%至80%，其中摻合油的剩餘部分基本包含浙青。通過摻合乾酪根油和浙青，摻合油可以被變成可輸送的，而無需使用另外的稀釋劑或其它粘度或API改進劑。結果是，摻合油可以被泵送經過管道而不需要額外的處理以去除稀釋劑或通過第二管道返還這些稀釋劑。常規地，浙青與稀釋劑諸如天然氣凝析油或其它低分子量液體混合，以允許泵送至遙遠的位置。稀釋劑被去除並通過第二管道被返還回到浙青源。本發明允許消除返回稀釋劑並同時對浙青提級。
[0101]應當理解，上面所提及的布置是基於本發明的原理而闡述本申請。因此，儘管本發明已經在上面結合本發明的示例性實施方式予以描述，但是對本領域技術人員而言顯而易見的是，可以進行無數修改和可選的布置，而不背離如權利要求所述的本發明的原理和概念。
【權利要求】
1.一種在從含烴物質去除烴之前、與之同時或者之後從含烴物質回收礦物質的方法，包括: a)形成結構化滲透性控制基層構造，其界定出基本密閉容積； b)將粉碎的含烴物質引入所述控制基層構造中而形成含烴物質的可滲透體； c)使含烴物質的所述可滲透體與選擇性溶劑接觸，其中通過所述選擇性溶劑去除一種或多種目標物質； d)使所述去除的目標物質和選擇性溶劑到所述密閉容積之外。
2.權利要求1所述的方法，其中所採出的含烴物質包括油頁巖、浙青砂、煤、褐煤、浙青、泥煤或其組合。
3.權利要求1所述的方法，其中所述目標物質包括選自具有經濟價值的物質、在所述可滲透體的加熱期間不期望的物質及其組合的物質。
4.權利要求3所述的方法，其中所述目標物質包括選自烴、礦物質、碳酸氫鈉、金屬和其組合的物質。
5.權利要求4所述的方法，其中所述目標物質包括重金屬、貴金屬、痕量金屬或其組口 ο
6.權利要求4所述的 方法，其中所述目標物質包括鐵鋁氧石、鋁、汞或其組合。
7.權利要求1所述的方法，其中所述可滲透體基本上由具有大約2英寸到大約2英尺的平均尺寸的壓碎的含烴物質組成。
8.權利要求1所述的方法，其中所述可滲透體具有所述可滲透體的總容積的大約15%到大約40%的空隙空間。
9.權利要求1所述的方法，其中在從所述可滲透體收集烴以使所述可滲透體為廢料之後執行所述使含烴物質的所述可滲透體與選擇性溶劑接觸的步驟。
10.權利要求9所述的方法，其中在通過所述試劑接觸之前已在大約200T (930C )到大約750 0F (399 0C )的溫度加熱所述廢含烴物質。
11.權利要求1所述的方法，其中所述選擇性溶劑包括浸析液、酸、蒸汽、二氧化碳或其組合。
12.權利要求11所述的方法，其中所述選擇性溶劑包括浸析液。
13.權利要求11所述的方法，其中所述選擇性溶劑包括酸。
14.權利要求11所述的方法，其中所述選擇性溶劑包括蒸汽。
15.權利要求11所述的方法，其中所述選擇性溶劑包括二氧化碳。
16.權利要求1所述的方法，其中所述可滲透體進一步包括嵌入所述可滲透體內的多個導管，所述導管的至少一些配置為將所述選擇性溶劑引入所述可滲透體中。
17.權利要求1所述的方法，其中使所述去除的目標物質和選擇性溶劑到所述密閉容積之外的步驟包括通過排放系統從所述控制基層構造的較低區域去除所述去除的目標物質和選擇性溶劑。
18.權利要求1所述的方法，其中在處理所述含烴物質用於烴回收之前完成所述使含烴物質的所述可滲透體與選擇性溶劑接觸的步驟。
19.權利要求1所述的方法，其中所述使含烴物質的所述可滲透體與選擇性溶劑接觸的步驟在處理所述含烴物質用於烴回收剩餘廢含烴物質之後。
【文檔編號】C10B53/06GK103666510SQ201310693589
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2008年2月8日 優先權日:2007年2月9日
【發明者】T·達納, J·W·柏藤 申請人:紅葉資源公司