BR0110050B1 - poço aquecedor, e, método para termicamente recuperar o solo. - Google Patents

Description

"POÇO AQUECEDOR, Ε, MÉTODO PARA TERMICAMENTE RECUPERAR O SOLO" FUNDAMENTOS DA INVENÇÃO

1. Campo da Invenção

A presente invenção refere-se genericamente a recuperação de solo. Em particular a invenção refere-se a um poço aquecedor, um sistema para aquecer o solo durante a recuperação do solo, e, um método para termicamente recuperar o solo. Para tal utiliza-se um elemento aquecedor para elevar a temperatura do solo durante um processo de recuperação de solo por dessorção térmica in situ.

2. Descrição da Técnica Relacionada

A contaminação de solos de subsuperfície tornou-se um assunto preocupante em muitos locais. O solo de subsuperfície tornou-se contaminado com contaminantes químicos, biológicos e/ou radiativos. A contaminação de solo de subsuperfície pode ocorrer em uma variedade de maneiras. Derrames de material, recipientes de armazenagem vazando e percolação de enchimentos de materiais impropriamente descartados são apenas alguns exemplos das muitas maneiras pela qual o solo pode ficar contaminado. Os contaminantes do solo de subsuperfície podem contar-se perigos para a saúde pública, se os contaminantes migrarem para aqüíferos, para dentro doar ou para dentro de um suprimento alimentar. Os contaminantes de solo de subsuperfície podem migrar para dentro do suprimento de alimentos através de bio-acúmulo em várias espécies que são parte de uma cadeia alimentar.

Há muitos métodos para recuperar o solo contaminado. "Recuperar o solo contaminado" refere-se a tratar o solo para remover contaminantes de solo ou reduzir contaminantes de dentro do solo a níveis aceitáveis. Um método de recuperação de um local contaminado é escavar o solo e processar o solo em uma instalação de tratamento separada, para eliminar ou reduzir os níveis de contaminantes dentro do solo. Muitos problemas associados com o método podem limitar a eficácia e o uso do método. Por exemplo, um problema associado com o método é que a escavação pode gerar poeira que expõe o ambiente circundante e os trabalhadores à contaminação do solo. Além disso, muitas toneladas de solo podem necessitar ser escavadas para eficazmente tratar mesmo um pequeno local de contaminação. O custo do equipamento, custo de mão-de-obra, custo de transporte e custo do tratamento podem tornar o método proibitivamente caro, em comparação com outros métodos de recuperação de solo disponíveis.

O tratamento biológico e o tratamento químico in situ podem também ser usados para recuperar o solo. O tratamento biológico e/ou químico pode envolver injetar material dentro do solo. Um material injetado durante um tratamento químico pode ser um reagente configurado para reagir com a contaminação do solo, para produzir produtos de reação não- contaminados ou produtos voláteis que podem ser facilmente removidos do solo. O material injetado durante um tratamento químico pode ser um agente de inundação configurado para impulsionar a contaminação para um poço de produção que remove o contaminante do solo. O agente de inundação pode ser vapor, dióxido de carbono ou outro fluido. A heterogeneidade e outros fatores podem inibir a redução dos níveis de contaminante no solo, empregando-se tratamento biológico e/ou tratamento químico a níveis requeridos pelos regulamentos governamentais.

Um processo que pode ser usado para remover contaminantes do solo de subsuperfície é um processo de extração de vapor do solo (SVE). Um processo SVE aplica um vácuo ao solo para extrair ar e vapor através do solo de subsuperfície. Vácuo pode ser aplicado em uma interface de solo/ar, ou vácuo pode ser aplicado através de poços de vácuo colocados dentro do solo. O ar e vapor podem arrastar e carregar os contaminantes voláteis para a fonte do vácuo. Gás desprendido removido do solo pelo vácuo pode incluir contaminantes que estão dentro do solo. O gás desprendido pode ser transportado para uma instalação de tratamento. O gás desprendido removido do solo pode ser processado na instalação de tratamento para eliminar ou reduzir os contaminantes dentro do gás desprendido a níveis aceitáveis. Um processo SVE pode permitir que os contaminantes sejam removidos do solo sem necessidade de mover ou significativamente perturbar o solo. Um processo SVE pode operar sob estradas, fundações e outras estruturas fixas.

A permeabilidade do solo de subsuperfície pode limitar a eficácia de um processo SVE. Ar e vapor podem escoar através do solo de subsuperfície principalmente através de regiões de alta permeabilidade do solo. O ar e vapor podem desviar-se de regiões de baixa permeabilidade do solo. O ar e o vapor desviando-se das regiões de baixa permeabilidade podem permitir que grandes quantidades de contaminantes permaneçam dentro do solo após um processo SVE ter tratado o solo. A permeabilidade reduzida do solo, devida a retenção de água, camadas de solo estratificadas e heterogeneidades de material dentro do solo, pode limitar a eficácia de um processo de recuperação de solo SVE.

A permeabilidade de ar reduzida, devido a retenção de água, pode inibir o contato do ar escoando com os contaminantes do solo. Uma solução parcial para o problema de retenção de água é retirar água o solo. O solo pode ter água removida abaixando-se o nível do lençol freático e/ou utilizando-se uma técnica de retirada de água a vácuo. Estes métodos podem não ser métodos eficazes de abrir os poros do solo para admitir fluxo de ar. As forças capilares podem inibir a remoção da água do solo, quando o lençol freático é abaixado. O abaixamento do lençol freático pode resultar em solo úmido. A condutividade do ar através do solo úmido é limitada.

Uma técnica de retirada de água por vácuo pode ter limitações práticas. O vácuo gerado durante uma técnica de retirada de água por vácuo pode diminuir rapidamente com a distância dos poços de retirada de água. O uso de uma técnica de retirada de água por vácuo pode não resultar em uma melhoria significativa para o problema de retenção de água do solo. O uso de uma técnica de retirada de água por vácuo pode resultar na formação de passagens preferenciais para condutividade do ar localizadas adjacentes aos poços de retirada de água.

Muitos tipos de solo são caracterizados por estratificação com camadas alternativas de alta e baixa permeabilidade. Um exemplo comum de um tipo estratificado de solo são os sedimentos lacustres. Leitos delgados de camadas lodosas e arenosas caracterizam os sedimentos lacustres. Se um poço SVE interceptar diversas de tais camadas, quase todo o fluxo de ar induzido ocorre dentro das camadas arenosas e desvia-se das camadas lodosas.

Heterogeneidades podem estar presentes no solo de

subsuperfície. Ar e vapor podem preferivelmente escoar através de certas regiões de solo heterogêneo. Ar e vapor podem ser impedidos de escoar através de outras regiões de solo heterogêneo. Por exemplo, ar e vapor tendem a fluir preferivelmente através de vazios em material de enchimento fracamente compactado. Ar e vapor podem ser impedidos de fluir através de material de enchimento excessivamente compactado. Escombros enterrados dentro do material de enchimento podem também impedir o fluxo de ar através do solo de subsuperfície.

Dessorção térmica in situ (ISTD) pode ser usada para aumentar a eficácia de um processo SVE. Um processo de recuperação de solo ISTD envolve aquecimento in situ do solo, para elevar a temperatura do solo, enquanto simultaneamente removendo gás desprendido do solo. O aquecimento do solo pode resultar em remoção de contaminantes por numerosos mecanismos, além do arraste dos contaminantes em uma corrente aérea. Tais mecanismos podem incluir mas não são limitados a: vaporização e transporte de vapor dos contaminantes do solo; arraste e remoção dos contaminantes em vapor de água; e degradação térmica ou conversão dos contaminantes por pirólise, oxidação ou outras reações químicas dentro do solo. Aquecimento in situ do solo pode grandemente aumentar a eficácia de um processo SVE.

Um processo de recuperação de solo ISTD pode oferecer vantagens significativas em relação aos processos SVE e a processos que injetam fluidos impulsores ou reagentes químicos e/ou biológicos para dentro do solo. A condutividade do fluxo de fluido de um solo médio pode variar em um fator de IO8 por todo o solo, devido, em parte, a heterogeneidades do solo e à água dentro do solo. O transporte de massa uniforme através do solo pode ser um fator limitativo da recuperação de um local de tratamento, empregando-se um processo SVE ou um tratamento químico e/ou biológico do solo. A condutividade térmica de um solo médio pode variar em um fator de cerca de dois por todo o solo. Injetar calor por todo o solo pode ser significativamente mais eficaz do que injetar um fluido através do mesmo solo. O aquecimento do solo pode resultar em um aumento da permeabilidade do solo. O calor transferido para dentro do solo pode secar o solo. Quando o solo seca, a permeabilidade microscópica e macroscópica do solo pode aumentar. O aumento da permeabilidade do solo aquecido pode permitir que um processo de recuperação de solo ISTD recupere eficientemente o solo por toda a área de tratamento. O aumento da permeabilidade do solo pode permitir recuperação in situ de argilas e Iodos de baixa permeabilidade, que não são receptivos a processos padrão de extração de vapor do solo.

O calor adicionado ao solo contaminado pode elevar a temperatura do solo acima das temperaturas de vaporização dos contaminantes dentro do solo. Se a temperatura do solo exceder a temperatura de vaporização de um contaminante de solo, o contaminante pode vaporizar. O vácuo aplicado ao solo pode ser capaz de extrair o contaminante vaporizado do solo. Mesmo aquecendo-se o solo a uma temperatura abaixo das temperaturas de vaporização dos contaminantes pode ter efeitos benéficos. Aumentando-se a temperatura do solo pode-se aumentar as pressões de vaporização dos contaminantes do solo e permitir que uma corrente de ar remova uma parte maior dos contaminantes do solo do que é possível em temperaturas de solo mais baixas.

A maioria dos solos inclui uma grande quantidade de água líquida, em comparação com contaminantes. Elevando-se a temperatura do solo acima do ponto de vaporização da água em condições do solo pode-se vaporizar a água dentro do solo. O vapor d'água pode volatilizar e/ou arrastar os contaminantes. O vácuo aplicado ao solo pode remover os contaminantes volatilizados e/ou arrastados do solo. A vaporização de vapor d'água e o arraste dos contaminantes podem resultar na remoção dos contaminantes de meio e elevado ponto de ebulição do solo.

Além disso, para permitir maior remoção dos contaminantes do solo, aumentando-se a temperatura do solo pode resultar na destruição de contaminantes in situ. A presença de um oxidante, tal como ar, pode resultar na oxidação de contaminantes que passam através do solo a elevada temperatura. Na ausência de oxidantes, os contaminantes dentro do solo podem ser alterados por pirólise. "Pirólise" refere-se à mudança química produzida pela ação do calor. O vácuo aplicado ao solo pode remover produtos de reação do solo.

Um sistema de recuperação de solo ISTD pode incluir quatro sistemas principais. Os sistemas podem ser um sistema de aquecimento e extração de vapor, um sistema de tubulação de coleta de gás desprendido, um sistema de tratamento de gás desprendido e sistemas de instrumentação e controle de energia.

Um sistema de aquecimento e extração de vapor pode ser formado de poços inseridos dentro do solo para contaminação profunda de solo ou de cobertores térmicos para contaminação superficial de solo. Uma combinação de poços e cobertores térmicos pode também ser usada. Por exemplo, os cobertores térmicos podem ser colocados em centróides de grupos de poços. Os cobertores térmicos podem inibir a condensação dos contaminantes próximo à superfície do solo. O solo pode ser aquecido por uma variedade de métodos. Os métodos para aquecer o solo incluem mas não são limitados a aquecer substancialmente por condução térmica, aquecer por aquecimento de radiofreqüência, ou aquecer por aquecimento da resistividade elétrica do solo. O aquecimento por condutividade térmica pode ser vantajoso porque a temperatura obtenível por aquecimento condutivo térmico não é dependente de uma quantidade de água ou outra substância polar dentro do solo. Temperaturas do solo substancialmente acima do ponto de ebulição da água podem ser obtidas usando-se aquecimento condutivo térmico. Temperaturas do solo de cerca de IOO0C, 200°C, 300°C, 400°C, 500°C ou maiores podem ser obtidas empregando-se aquecimento condutivo.

Os aquecedores podem ser colocados dentro ou sobre o solo, para aquecer o solo. Para contaminação de solo dentro de cerca de 1 metro da superfície do solo, um cobertor térmico que é colocado no topo do solo pode aplicar calor condutivo ao solo. Vácuo pode ser aplicado ao solo sob o cobertor através de orifícios de vácuo do cobertor. Os aquecedores podem operar em cerca de 870°C. A Patente U.S. No. 5.221.827, emitida para Marsden e outros e incorporada por referência como se totalmente aqui exposta, descreve um sistema que utiliza cobertores térmicos. Para contaminação mais profunda, podem ser usados poços

para suprir calor ao solo e para remover vapor do solo. O termo "poços" refere-se a poços aquecedores, poços de sucção e/ou uma combinação de poços aquecedores/de sucção. Os poços aquecedores suprem energia térmica ao solo. Os poços de sucção podem ser conectados a um sistema de tubulação de coleta de gás desprendido. Um poço de sucção pode ser acoplado a um poço aquecedor para formar um poço aquecedor/de sucção. Em uma região adjacente a um poço aquecedor/de sucção, ar e vapor que fluem dentro do solo podem ser contracorrente a fluxo de calor através do solo. O fluxo de calor pode produzir um gradiente de temperatura dentro do solo. A transferência de calor contracorrente, relativa à transferência de massa, pode expor o ar e vapor que são extraídos para uma fonte de vácuo a elevadas temperaturas, quando o ar e vapor se aproximam e penetram no poço de calor/sucção. Uma parte significativa dos contaminantes dentro do ar e do vapor pode ser destruída por pirólise e/ou oxidação quando o ar e o vapor passam através de zonas de altas temperaturas circundantes e para dentro dos poços de calor/sucção. Em sistemas ISTD, somente poços selecionados podem ser poços de calor/sucção. Em sistemas ISTD, os poços de calor podem ser separados dos poços de sucção. Os aquecedores dentro dos poços de calor e dentro dos poços de calor/sucção tipicamente operam em uma faixa de cerca de 650°C a cerca de 870°C.

O aquecimento condutivo térmico de solo pode incluir aquecer radiativamente uma tubulação interna de poço, que condutivamente aquece o solo circundante. Fonte de vácuo coincidente ou separada pode ser aplicada para remover vapores do solo. O vapor pode ser removido do solo através dos poços de produção. A Patente U.S. No. 5.318.116, emitida para Vinegar e outros, que é incorporada por referência como se totalmente aqui exposta, descreve processos ISTD para tratar solo de subsuperfície contaminado com aquecimento condutivo aplicado ao solo por uma tubulação interna radialmente aquecida. Os elementos aquecedores são aquecedores tubulares de NICHROME/magnésio comerciais com blindagens Incomel 601, operados em temperaturas até cerca de 125 O0C. Alternativamente, os elementos aquecedores "de barra incandescente" de carbeto de silício ou cromato de lantânio, ou aquecedores de tungstênio/quartzo, poderiam ser usados para temperaturas ainda mais elevadas. Os elementos aquecedores podem ser amarrados a um membro de suporte por cintas de ligadura.

Os poços podem ser dispostos em numerosas fileiras e colunas. Os poços podem ser escalonados a fim de que fiquem em uma configuração triangular. Alternativamente, os poços podem ser alinhados em um configuração retangular, configuração pentagonal, configuração hexagonal ou configuração poligonal de ordem mais superior. Em certas versões de configuração de poços, um comprimento entre poços adjacentes é uma distância fixa a fim de que uma configuração de poços poligonal seja uma configuração de poços regular, tal como uma configuração de poços de triângulo equilátero ou uma configuração de poços quadrada. Em outras versões de configuração de poços, o espaçamento dos poços pode resultar em configurações de poços poligonais não-regulares. Uma distância de espaçamento entre dois poços adjacentes pode variar de cerca de 1 metro a cerca de 13 metros ou mais. Uma distância de espaçamento típica pode ser de cerca de 2 metros a cerca de 4 metros.

Os poços inseridos dentro do solo podem ser poços de produção, poços de injeção e/ou poços de teste. Um poço de produção pode ser usado para remover gás desprendido do solo. O poço de produção pode incluir uma tubulação interna perfurada que permita que o gás desprendido passe do solo para dentro do poço de produção. As perfurações da tubulação interna podem ser mas não são limitadas a furos e/ou fendas. As perfurações podem ser em forma de tela. As tubulações internas podem ter diversas zonas perfuradas em diferentes posições ao longo de um comprimento da tubulação interna. Quando a tubulação interna é inserida dentro do solo, as zonas perfuradas podem ser localizadas adjacentes às camadas contaminadas do solo. As áreas adjacentes às seções perfuradas de uma tubulação interna podem ser acondicionadas com cascalho ou areia. A tubulação interna pode ser selada no solo adjacente a camadas não produtoras, para inibir a migração de contaminantes para dentro do solo não contaminado. Um poço de produção pode incluir um elemento de aquecimento que permita que calor seja transferido para o solo adjacente ao poço.

Em alguns processos de recuperação de solo, pode ser desejável inserir-se um fluido dentro do solo. O fluido pode ser mas não é limitado a fonte de calor tal como um vapor, um solvente, um reagente químico tal como um oxidante, ou um veículo de tratamento biológico. Um fluido, que pode ser um líquido ou gás, pode ser inserido dentro do solo através de um poço de injeção. O poço de injeção pode ser similar a um poço de produção, exceto que fluido é inserido dentro do solo através de perfurações na tubulação interna de poço, em vez de ser removido do solo através de perfurações na tubulação interna de poço.

Um poço pode também ser um poço de teste. Um poço de teste pode ser usado como um poço de amostragem de gás, para determinar o local e a concentração dos contaminantes dentro do solo. Um poço de teste pode ser usado como um poço de observação de registro. Um poço de teste pode ser uma abertura sem tubulação interna, uma abertura com tubulação interna, uma tubulação interna perfurada, ou combinação de abertura com tubulação interna e sem tubulação interna. Uma perfuração de poço para um poço de produção, poço de

injeção ou poço de teste pode ser feita perfiirando-se um furo dentro do solo. Os cortes feitos durante a formação do furo com broca pode ter que ser tratado separadamente do solo restante. Alternativamente, uma perfuração de poço para um poço de produção, poço de injeção ou poço de teste pode ser formado cravando-se e/ou vibrando-se uma tubulação interna ou conduto de inserção dentro do solo. A Patente U.S. No. 3.684.037, emitida para Bodine e a Patente U.S. No. 6.039.508, emitida para White, descreve dispositivos para sonicamente perfurar poços. Ambas estas patentes são incorporadas por referência como se totalmente expostas aqui. Uma cobertura pode ser colocada sobre uma área de tratamento. A cobertura pode inibir perda de fluido do solo para a atmosfera, perda de calor para a atmosfera e entrada de fluido para dentro do solo. Podem ser aplicados calor e vácuo à cobertura. O calor pode inibir a condensação de contaminantes na cobertura e dentro do solo adjacente à cobertura. O vácuo pode remover contaminantes vaporizados do solo adjacente para uma interface de solo/ar para um sistema de tratamento de gás desprendido.

Um sistema de tubulação de coleta de gás desprendido pode ser conectado aos poços de sucção de um sistema de aquecimento e extração de vapor. O sistema de tubulação de coleta de gás desprendido pode também ser conectado a um sistema de tratamento de gás desprendido, a fim de que o gás desprendido removido do solo possa ser transportado para o sistema de tratamento. Os sistemas de tubulação de coleta de gás desprendido são feitos de tubo metálico. A tubulação de coleta de gás desprendido pode ser tubulação não-aquecida que conduz gás desprendido e condensa para a instalação de tratamento. Alternativamente, a tubulação de coleta de gás desprendido pode ser tubulação aquecida que inibe a condensação de gás desprendido dentro da tubulação de coleta. O uso de tubo metálico pode tornar caro o custo de um sistema de coleta. A instalação de um sistema de coleta de tubo metálico pode requerer muita mão de obra e tempo.

O gás desprendido dentro de um sistema de tubulação de coleta pode ser transportado para um sistema de tratamento de gás desprendido. O sistema de tratamento pode incluir um sistema de vácuo que extrai gás desprendido do solo. O sistema de tratamento pode também remover contaminação dentro do gás desprendido para níveis aceitáveis. A instalação de tratamento pode incluir um sistema de reator, tal como um oxidante térmico, para eliminar contaminantes ou para reduzir contaminantes dentro do gás desprendido a níveis aceitáveis. Alternativamente, o sistema de tratamento pode utilizar um sistema de transferência de massa, tal como passando o gás desprendido através de leitos de carvão ativado, para eliminar contaminantes ou para reduzir contaminantes dentro do gás desprendido a níveis aceitáveis.

Uma combinação de um sistema reator e um sistema de transferência de massa pode também ser usada para eliminar os contaminantes ou para reduzir os contaminantes dentro do gás desprendido a níveis aceitáveis.

Os sistemas de instrumentação e controle de energia podem ser usados para monitorar e controlar a taxa de aquecimento do sistema aquecedor. O sistema de instrumentação e controle de energia pode também ser usado para monitorar o vácuo aplicado ao solo e para controle da operação do sistema de tratamento de gás desprendido. Os aquecedores elétricos podem requerer controladores que inibam os aquecedores de superaquecimento. O tipo de controlador pode ser dependente do tipo de eletricidade usada para energizar os aquecedores. Por exemplo, um retificador controlado por silício pode ser usado para controlar a energia aplicada a um aquecedor que utilize uma fonte de energia de corrente contínua e um controlador de aquecimento de aquecedor elétrico de cruzamento zero pode ser usado para controlar a energia aplicada a um aquecedor que utilize uma fonte de energia de corrente alternada.

Uma barreira pode ser colocada em torno de uma região do solo que seja para ser tratada. A barreira pode incluir placas metálicas que são cravadas dentro do solo em torno de um perímetro de uma região de solo contaminado. Uma cobertura de topo para o sistema de recuperação de solo pode ser selada à barreira. A barreira pode limitar a quantidade de ar e água extraídos para dentro da área de tratamento das circunvizinhanças. A barreira pode também inibir o espalhamento potencial de contaminação da região contaminada para áreas adjacentes.

O poço aquecedor e elemento aquecedor de acordo ao

preâmbulo das reivindicações 1 e 13 são conhecidos da patente U.S.5.656.239.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

De acordo com a invenção, elementos aquecedores são formados, ou parcialmente formados, de materiais possuindo propriedades de resistividade permitindo a auto-regulação de calor gerado pelo elemento aquecedor. O uso de um elemento aquecedor auto- regulante pode vantajosamente evitar a necessidade de controladores para os aquecedores do sistema de recuperação de solo por ISTD. Essas e outras características e aplicações do elemento aquecedor e do poço aquecedor equipado com o elemento aquecedor de acordo com a invenção estão detalhadas nas reivindicações anexas.

Os elementos aquecedores podem ser configurados para condutivamente aquecer o material circundante. O material circundante pode ser solo e/ou material de compactação. O elemento térmico pode ser permitido expandir-se termicamente para cima quando aquecido. O elemento aquecedor condutivo pode ser diretamente cravado dentro do solo. Material de enchimento pode ser usado para acomodar o elemento aquecedor dentro da tubulação interna. Em uma versão, o elemento aquecedor é uma tira metálica que é sônica ou mecanicamente impelida para dentro do solo para formar um formato "U". Uma tubulação interna de poço de vácuo pode ser colocada entre as pernas do elemento aquecedor. Em versões alternativas, os elementos aquecedores e/ou as tubulações internas de poço de vácuo podem ser colocados dentro de aberturas perfuradas no solo. Em outras versões, os elementos aquecedores podem ser colocados dentro de valas formadas no solo. Um espaço entre as pernas do elemento aquecedor e/ou a tubulação interna de poço de vácuo pode ser acondicionado com areia, cascalho ou

"segue-se a página 15" outro material de compactação.

Um elemento aquecedor condutivo pode precisar ser feito de um material tendo alta resistência à corrosão em altas temperaturas, porque o elemento aquecedor pode entrar em contato direto com o gás desprendido e outro fluido dentro do solo. Alternativamente, um elemento aquecedor condutivo pode ser acondicionado dentro de uma tubulação interna de aquecimento com areia, cascalho ou outro material de compactação. O material de compactação pode condutivamente transferir calor para a tubulação interna de poço de elemento aquecedor. A tubulação interna de elemento aquecedor pode transferir calor para o material de compactação adicional e/ou solo. O material de compactação pode também inibir o elemento aquecedor do contato com a parede de tubulação interna térmica. Alternativamente, espaçadores eletricamente isolantes podem ser periodicamente colocados ao longo de uma extensão do elemento aquecedor para inibir o contato entre o elemento aquecedor e a parede de tubulação interna e entre as pernas do elemento aquecedor. Comparada com aquecimento radiante convencional, uma tira aquecedora pode operar em uma mais baixa temperatura para a mesma entrada de energia. A mais baixa temperatura operacional do elemento aquecedor pode aumentar o tempo de vida de um elemento aquecedor e pode aumentar a confiabilidade do sistema

de aquecimento.

Uma seção aquecedora de um elemento aquecedor condutivo pode ter uma grande área de seção transversal, em comparação com uma área de seção transversal de um elemento aquecedor radiativo convencional. A grande área de seção transversal da seção térmica pode resultar em uma menor resistência elétrica para o elemento aquecedor, em comparação com os aquecedores radiativos convencionais de equivalente comprimento. A menor resistência elétrica pode permitir que diversos aquecedores de tira sejam conectados em série. A capacidade de conectar diversos aquecedores de tira em série pode grandemente simplificar as exigências de fiação para um sistema de recuperação de solo ISTD. A grande área de seção transversal da seção térmica pode também permitir uma grande área de contato entre a seção térmica e o material colocado adjacente à seção térmica. A grande área de contato pode promover a dissipação do calor produzido no aquecedor de tira para dentro do solo circundante.

Material de enchimento para um elemento aquecedor condutivo que seja colocado diretamente no solo pode incluir um material catalisador, tal como alumina, que aumente a decomposição térmica dos contaminantes. Um poço aquecedor/sucção pode ser formado inserindo-se uma tubulação interna perfurada entre as pernas de um elemento aquecimento condutivo. A fixação da tubulação interna perfurada em uma fonte de vácuo permite que o vácuo remova vapor do solo como gás desprendido. O posicionamento da tubulação interna entre as pernas de um elemento aquecedor com formato-U permite que o gás desprendido passe através de uma zona de alta temperatura antes de ser removido do solo. A passagem do gás desprendido através da zona de alta temperatura pode resultar em degradação térmica dos contaminantes por oxidação e/ou pirólise dos contaminantes dentro do gás desprendido.

Os elementos aquecedores podem ser configurados para radiativamente aquecer uma tubulação interna térmica. Um elemento aquecedor radiativo pode ser metal nu. O elemento aquecedor pode ser suspenso dentro de uma tubulação interna ou suspenso dentro de uma abertura do solo a ser recuperado. A área de seção transversal, o comprimento e tipo de metal usado para formar o elemento aquecedor radiativo podem permitir a suspensão do elemento aquecedor sem prender o elemento aquecedor em um membro de suporte periodicamente ao longo do comprimento do elemento aquecedor. A suspensão do elemento aquecedor pode permitir que o elemento expanda-se termicamente para baixo quando aquecido. Os espaçadores isolantes podem ser periodicamente espaçados ao longo de uma extensão do elemento aquecedor para inibir o elemento aquecedor de contatar uma parede da tubulação interna. Os espaçadores isolantes podem também inibir o contato entre as pernas do elemento aquecedor. Um fluido, tal como hélio, pode ser colocado na tubulação interna para promover transferência térmica condutiva do elemento aquecedor para a tubulação interna. A parede da tubulação interna térmica pode ser texturizada, enegrecida ou de outro modo tratada para aumentar a emissividade da tubulação interna térmica. Uma emissividade aumentada pode melhorar a transferência térmica radiativa entre o elemento aquecedor e a tubulação interna térmica.

Um elemento aquecedor condutivo ou radiativo pode ser formado com uma área de seção transversal variável e/ou com seções feitas de material tendo diferentes propriedades de resistência, a fim de que maior dissipação de calor ocorra em certos pontos do elemento aquecedor (seções tendo uma área de seção transversal menor e/ou mais elevada resistência elétrica) do que em outras partes do elemento aquecedor. Uma seção de dissipação de alto calor local do elemento aquecedor pode ser posicionada adjacente ao solo que requer extra dissipação de calor, tal como um solo ou seções de solo úmidas adjacentes ao topo e base do elemento aquecedor. Áreas adjacentes ao topo e base de um elemento aquecedor podem necessitar aquecimento extra para equilibrar os efeitos de perda de calor finais. Partes selecionadas de um elemento aquecedor podem ser formadas com seções que têm uma grande área de seção transversal. Grandes seções de área de seção transversal de um elemento aquecedor podem ser colocadas adjacentes a camadas de solo sobrecarregadas e/ou não contaminadas.

Uma tubulação interna de elemento aquecedor pode ser acionada para dentro do solo, acondicionada dentro do solo ou acondicionada dentro de uma segunda tubulação interna que é colocada dentro do solo. O material de compactação entre a segunda tubulação interna e a tubulação interna de elemento aquecedor pode ser suficientemente porosa para permitir que gás desprendido facilmente escoe para dentro e para fora de um espaço anular entre a tubulação interna térmica e a tubulação interna de vácuo. A colocação de um elemento aquecedor em uma tubulação interna de elemento aquecedor pode permitir que o elemento aquecedor seja feito de material resistente relativamente barato, não resistente à corrosão, porque o gás desprendido não entrará em contato direto com o elemento aquecedor. A tubulação interna de elemento aquecedor pode ser feita de um material que tenha suficiente resistência à corrosão para resistir à corrosão de avanço durante o tempo estimado necessário para completar a recuperação do solo.

Para contaminação de solo de baixa profundidade, elementos aquecedores ou elementos aquecedores posicionados dentro das tubulações internas podem ser colocados dentro de valas dentro do solo contaminado. O vácuo retirado da superfície de solo e/ou vácuo extraído de dentro do solo pode ser usado para remover gás desprendido do solo. A formação de lavas e a colocação de elementos aquecedores dentro das valas podem ser menos dispendiosas do que a colocação de elementos aquecedores dentro do solo por cravação, vibração ou colocação dos elementos aquecedores com aberturas perfuradas no solo. Para contaminação de solo mais profunda, os elementos aquecedores podem ser vibrados ou cravados dentro do solo, ou os elementos aquecedores podem ser colocados dentro das aberturas perfuradas. Os elementos aquecedores podem ser substancialmente verticalmente posicionados com respeito à superfície do solo, ou os elementos aquecedores podem ser posicionados em uma orientação inclinada ou arqueada dentro do solo. Poços de vácuo coincidentes ou separadamente posicionados podem ser usados para remover gás desprendido do solo.

Elementos aquecedores com tubulação interna ou sem tubulação interna podem ser de qualquer formato desejado de seção transversal, incluindo mas não limitado a triangular, retangular, quadrado, hexagonal, elipsoidal, redondo ou ovalado. Em certas versões de elemento aquecedor, os elementos aquecedores radiantes são feitas de material de vara. Em certas versões de elemento aquecedor, os elementos aquecedores condutivos são formados de material de haste ou material de barra. As simples geometria e uso de matéria prima comum pode vantajosamente resultar em uma redução de custo acima de 50% de material do elemento aquecedor e de formação, em comparação com os elementos aquecedores convencionais. Os elementos aquecedores condutivos, colocados diretamente dentro do solo, podem vantajosamente eliminar o custo associado com uma tubulação interna de elemento aquecedor. Os elementos aquecedores feitos de material que tem características de aquecimento de auto-regulagem podem vantajosamente eliminar a necessidade de controladores de elementos aquecedores.

Os custos de instalação para elementos aquecedores condutivos que são diretamente posicionados dentro do solo podem ser reduzidos em 75% ou mais, em comparação com os custos de instalação para elementos aquecedores convencionais. Os custos de instalação para os poços aquecedores/sucção que incluem elementos aquecedores condutivos que são diretamente colocados ou acondicionados dentro do solo, podem ser reduzidos em 50% ou mais, em comparação com os custos de instalação para poços aquecedores/sucção convencionais. Além disso, o tempo de instalação para os poços aquecedores ou poços aquecedores/sucção pode ser significativamente reduzido para elementos aquecedores condutivos que são posicionados dentro do solo, em comparação com o tempo de instalação para elementos aquecedores convencionais ou poços aquecedores/sucção. Por exemplo, colocando-se um aquecedor com tubulação interna em um furo perfurado e conectando-se o elemento aquecedor a uma fonte de energia pode-se levar cerca de seis horas. A instalação direta de elemento aquecimento condutivo e a conexão do aquecedor a uma fonte de energia pode levar cerca de um sexto de uma hora.

Um sistema de coleta pode conectar os poços de sucção de um sistema de recuperação de solo a uma instalação de tratamento, o sistema de coleta pode incluir mangueiras e um tubo de distribuição de vácuo polimérico, em vez de tubulação metálica convencional. As mangueiras podem ser mangueiras de altas temperaturas. As mangueiras podem ser mas não são limitadas a mangueiras de borracha de alta temperatura, mangueiras de borracha de silicone de alta temperatura ou mangueiras metálicas flexíveis com borracha revestida. Os sistemas de coleta tipicamente operam sob vácuo; portanto, as mangueiras precisam ter resistência estrutural que iniba o colapso das mangueiras. As mangueiras podem ser de parede dupla ou reforçadas com aço. O tubo de distribuição de vácuo pode ser tubulação plástica, tal como tubulação de polivinil cloreto clorado (CPVC). O gás desprendido passando através de uma mangueira tem um tempo de permanência dentro da mangueira devido ao comprimento da mangueira. O tempo de permanência pode ser suficientemente longo para permitir que o gás desprendido resfrie a uma temperatura dentro dos limites da temperatura de trabalho da tubulação de tubo de distribuição de vácuo. Uma mangueira pode ser de cerca de 1 m a acima de 10 m de comprimento. Comprimentos maiores ou mais curtos podem ser usados para satisfazer as exigências operacionais específicas.

O uso de um sistema de coleta de mangueira e tubulação plástica pode resultar em custos mais baixos, construção simplificada no local e mais baixos custos de transporte, em comparação com os sistemas de coleta de tubulação metálica convencionais. O sistema de coleta de mangueira e tubulação plástica pode não ser isolado e aquecido para impedir a condensação do gás desprendido. O sistema de coleta pode utilizar um tubo vertical inicial e gravidade para escoar o gás desprendido condensado para um coletor ou uma instalação de tratamento. Um sistema de coleta não aquecido reduz grandemente o custo, tempo de instalação e custo operacional do sistema de coleta. A mangueira pode ser enrolada em bobinas para transporte. A tubulação plástica pode ser comprada localmente próximo do local. Mangueira e tubulação plástica são facilmente cortadas no tamanho on- site e são conectáveis por cola solvente. A necessidade de ter-se posicionamento preciso de tubulações metálicas é eliminada. Além disso, mangueira e tubulação plástica são leves e não requerem maquinaria para levantar e posicionamento durante instalação. Para solo contaminado com compostos de cloro, o gás desprendido removido do solo pode conter significativas quantidade de cloreto de hidrogênio. O gás desprendido pode conter outros produtos químicos corrosivos também. O uso de mangueira e tubulação plástica pode vantajosamente eliminar a necessidade de terem-se tubulação metálica quimicamente resistente, dispendiosa, para manusear o gás desprendido corrosivo.

Uma instalação de tratamento processa gás desprendido do solo, para remover, reduzir, concentrar ou de outro modo tratar contaminantes dentro do gás desprendido. Uma instalação de tratamento pode também prover vácuo que remove o gás desprendido do solo. A instalação de tratamento pode incluir um condensador que separe o gás desprendido para dentro de uma corrente líquida e uma corrente de vapor. A corrente líquida e a corrente de vapor podem ser separadamente processadas para remover, reduzir ou concentrar contaminantes. A corrente líquida pode ser tratada usando-se um separador e/ou um leito de carvão ativado. O separador pode produzir uma fase aquosa e uma fase orgânica (hidrocarboneto). A corrente de vapor pode ser tratada usando-se um leito de carvão ativado e/ou um extrator de ar. Dependendo da natureza da contaminação do solo, uma parte maior de contaminantes pode ser destruída por pirólise e/ou oxidação dentro do solo ou dentro dos poços aquecedores/sucção. A contaminação restante pode ser concentrada, armazenada ou transportada para fora do local; pode ser absorvida ou adsorvida em sistemas de transferência de massa; ou pode ser destruída no local em um sistema de reator. Dependendo do tipo de contaminação, o sistema reator pode ser um sistema de tratamento químico e/ou um sistema de tratamento térmico. Em algumas versões de sistema de recuperação de solo, uma parte de tratamento de contaminante da instalação de tratamento pode somente necessitar operar durante um período de partida inicial, quando as temperaturas dos elementos aquecedores estão elevando-se para temperaturas de operação. Após os elementos aquecedores alcançarem temperaturas operacionais, os contaminantes podem ser destruídos dentro do solo ou dentro de poços por oxidação e/ou pirólise.

As instalações de tratamento anteriores podem requerer o uso de um oxidante térmico. Removendo-se o oxidante térmico da instalação de tratamento elimina-se o grande custo de capital, custos de transporte e despesas operacionais associadas com o oxidante térmico. A eliminação do oxidante térmico pode permitir que o processo de recuperação do solo não seja atendido. Um surpevisor de obra possa periodicamente verificar o sistema e realizar funções de manutenção normais no local, para assegurar operação apropriada do sistema de recuperação de solo. Pode não ser requerida operação tripulada contínua do processo de recuperação do solo in situ.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

Outras vantagens da invenção tornar-se-ão evidentes pela leitura da seguinte descrição detalhada e por referência aos desenhos anexos, em que:

A Figura 1 mostra uma vista em planta esquemática, representando uma versão de um sistema de recuperação de solo;

A Figura 2 mostra uma vista em planta esquemática de uma versão de um sistema de recuperação de solo. A Figura 3 mostra uma vista esquemática de uma versão de um Sistema de tratamento para processar gás desprendido removido do solo;

A Fig. 4 é uma representação lateral de uma versão de um poço de produção inserido dentro do solo;

A Figura 5 é uma representação frontal de uma versão de um

poço de produção inserido dentro do solo;

A Figura 6 é uma representação de uma versão de um poço de produção com um elemento aquecedor radiante;

A Figura 7 é uma representação de uma versão de um poço de injeção de calor que condutivamente aquece o solo;

A Figura 8 é uma representação de uma versão de um poço de injeção de calor posicionado dentro de uma tubulação interna;

A Figura 9 é uma representação de uma versão de um poço de injeção de calor que radiativamente aquece o solo; A Figura 10 é uma representação de uma versão de um

elemento aquecedor posicionado dentro de uma vala;

A Figura 11 é um gráfico de extensão/amperagem e energia versus temperatura para dois sistemas de aquecimento formados de diferentes tipos de aço inoxidável; A Figura 12 é uma vista em perspectiva de uma parte de uma

seção de aquecimento que tem uma área de seção transversal variável;

A Figura 13 é uma vista em perspectiva de uma versão de um elemento aquecedor;

A Figura 14 é um gráfico de resistividade versus temperatura para dois tipos de aço inoxidável;

A Figura 15 é uma representação esquemática de uma planta em leiaute para os elementos aquecedores colocados dentro das valas;

A Figura 16 mostra dados de voltagem, amperagem e energia para um elemento aquecedor em função do tempo; A Figura 17 mostra dados de temperatura para o elemento aquecedor da Figura 16, em função do tempo;

A Figura 18 mostra os dados de resistência para o elemento aquecedor da Figura 16, em função do tempo; e A Figura 19 mostra a voltagem potencial próximo do elemento

aquecedor da Figura 16, em função do tempo.

Embora a invenção seja susceptível a várias modificações e formas alternativas, suas versões específicas são mostradas por meio de exemplo nos desenhos e serão aqui descritas em detalhes. Os desenhos podem não ser em escala. Deve ser entendido, entretanto, que o desenho e a descrição detalhada não são destinados a limitar a invenção à forma particular descrita, porém, ao contrário, a intenção é cobrir todas as modificações, equivalentes e alternativas situando-se dentro e espírito e escopo da presente invenção como definida pelas reivindicações anexas. DESCRIÇÃO DETALHADA DAS VERSÕES PREFERIDAS

Um sistema de recuperação de solo ISTD por dessorção térmica in situ pode ser usado para tratar solo contaminado. O sistema de recuperação de solo pode remover ou reduzir os contaminantes dentro de uma região de solo selecionada. As Figuras 1 e 2 mostram representações esquemáticas de versões de sistema de recuperação de solo 20. O sistema de recuperação de solo 20, representado na Figura 1, pode incluir um ou mais poços de produção 22 dentro do solo 24.0 sistema de recuperação de solo 20 pode, opcionalmente, incluir um ou mais poços de injeção de calor 26, um ou mais poços de injeção de fluido 28 e um ou mais poços de teste 30. Os poços de injeção de fluido 28 e/ou os poços de teste 30 podem ser localizados dentro ou fora de uma configuração de poços de produção 22 e poços de injeção de calor 26. Os poços de produção 22, poços de injeção de calor 26, poços de injeção de fluido 28 e/ou poços de teste 30 podem incluir tubulações internas de poço. As partes das tubulações internas de poço podem ser perfuradas para permitir que fluido passe para dentro ou para fora das tubulações internas de poço. Alternativamente, os poços de produção 22, poços de injeção de calor 26, poços de injeção de fluido 28 e/ou poços de teste 30 podem incluir uma parte com tubulação interna e uma parte sem tubulação interna. A parte sem tubulação interna pode ser adjacente ao solo contaminado.

Os poços de retirada de água em torno de um perímetro de uma área de tratamento podem ser necessários para inibir o influxo de água para área de tratamento. Os poços de retirada de água podem ser colocados em solo não contaminado quando possível, para evitar-se a necessidade de tratar água contaminada produzida pelo solo. Os poços de retirada de água podem ser dispostos em pelo menos duas fileiras deslocadas. A fileira de poços mais externa pode bombear água substancialmente limpa do solo, que requeira pouco ou nenhum tratamento antes de ser descarregada. A fileira mais interna dos poços de retirada de água pode incluir algum gás desprendido ou gás desprendido condensado, mobilizado pelo processo de recuperação do solo ISTD. A água removida da fileira mais interna e/ou da fileira mais externa dos poços de retirada de água pode necessitar ser tratada antes de ser descarregada. Uma diferença de pressão entre sucessivas fileiras de poços de retirada de água pode ser mantida tão baixa quanto possível, de modo que não haja ou substancialmente nenhum fluxo entre as fileiras. O tratamento da água removida pelos poços de retirada de água pode envolver a remoção de contaminantes por transferência de massa, por reações, ou por concentração e/ou separação dos contaminantes. Se o solo for tratado sem seções, os poços de retirada de água, inicialmente colocados em uma parte do solo que é para ser descontaminada, podem ser colocados em uma configuração a fim de que os poços de retirada de água possam ser convertidos para outros usos quando o processo de recuperação do solo ISTD avançar para tratar a área onde os poços de retirada de água são colocados. Os poços de retirada de água podem ser convertidos em poços de injeção de calor ou poços de produção.

Além dos poços de produção 22, os poços de injeção de calor26, poços de injeção de fluido 28 e/ou poços de teste 30, um sistema de recuperação de solo 20 pode incluir cobertura de terreno 32, instalação de tratamento 34, sistema de coleta de vapor 36 e sistema de controle 38. A cobertura de terreno 32 pode ser colocada sobre os poços de produção 22, poços de injeção de calor 26, poços de injeção de fluido 28 e/ou poços de teste 30, para inibir a perda de calor e a perda de vapor contaminante para a atmosfera. A cobertura de terreno 32 pode também inibir que excesso de ar seja puxado para dentro do solo 24. A cobertura de terreno 32 pode incluir uma camada de isolamento térmico. A cobertura de terreno 32 pode incluir uma camada que seja impermeável ao vapor contaminante e/ou ar. Em uma versão, a camada impermeável é folha metálica. Os poços podem ser soldados ou de outro modo selados à folha metálica. Barreiras verticais podem ser inseridas dentro do solo em torno de um perímetro da folha metálica, para formar uma barreira extrema. O isolamento térmico pode tipicamente ser colocado acima da barreira impermeável. O isolamento térmico pode ser mineral ou lã de algodão, lã de vidro ou fibra de vidro, espuma de poliestireno ou mylar aluminizado ou outro material termicamente isolante.

Aquecedores de superfície opcionais podem ser colocados sobre ou embaixo da folha metálica. Os aquecedores de superfície podem inibir a contaminação da condensação sobre a cobertura de terreno 32 e voltar para dentro do solo 24. Os aquecedores de superfície são tipicamente aquecedores eletricamente energizados.

Uma barreira de gás e água da cobertura de terreno 32 pode ser colocada sobre o local de recuperação. A barreira de gás e água podem ser lamina plástica. Quaisquer aberturas ou conexões ao equipamento podem ser seladas com um silicone ou outro tipo de selante.

Uma cobertura de solo 32 pode não ser necessária se a contaminação for tão profunda dentro do solo 24 que o aquecimento do solo e remoção do gás desprendido do solo tenham efeito desprezível na superfície de terreno 40 do solo. Se uma cobertura não for utilizada, uma fonte de vácuo pode necessitar puxar um vácuo em torno das cabeças de poço 42 dos poços de injeção de calor e/ou poços de produção, para inibir a liberação de vapor para a atmosfera oriundo dos poços. Uma cabeça de poço é equipamento e/ou estrutura fixada a uma abertura de um poço.

Uma instalação de tratamento 34 pode incluir um sistema de vácuo 42 que puxe uma corrente de gás desprendido do solo 24 através dos poços de produção 22. Se o sistema de recuperação de solo incluir aquecedores de superfície, o sistema de vácuo 42 pode ser configurado para extrair vácuo na superfície de terreno 40, bem como dentro dos poços de produção 22. O vácuo extraído dentro dos poços de produção 22 pode ser mais forte do que o vácuo extraído na superfície 40. A instalação de tratamento 34 pode também incluir um sistema de tratamento de contaminante 44, para tratar contaminantes dentro do gás desprendido. O sistema de tratamento de contaminante 44 pode eliminar contaminantes da corrente de gás desprendido, reduzir os contaminantes a níveis aceitáveis e/ou concentrar contaminantes para transporte fora do local. O sistema de tratamento de contaminantes 44 pode incluir mas não é limitado a separadores, condensadores, sistemas reatores; sistemas de transferência de massa e recipientes de armazenagem de produtos químicos.

A Figura 3 mostra uma versão de um sistema de tratamento44. O gás desprendido pelo sistema de coleta de vapor 36 pode passar para dentro de um separador 45. O separador 45 pode separar o gás desprendido para dentro de uma corrente líquida e uma corrente de vapor. O sistema de vácuo 42, que está em linha com a corrente de vapor, pode prover o vácuo para o solo 24 que remove gás desprendido do solo. O sistema de vácuo 42 deve ser capaz de puxar um vácuo apropriado para a combinação particular de permeabilidade de solo e poços de produção dentro de um sistema de tratamento. O sistema de vácuo 42 pode ser capaz de puxar um vácuo na faixa de 0,01 atmosfera até ligeiramente menos do que 1 atmosfera. O sistema de vácuo pode ser uma bomba selada de água.

As correntes líquidas e de vapor podem ser processadas pelo sistema de tratamento 44, para reduzir os contaminantes dentro das correntes a níveis aceitáveis. Equipamento de monitoração pode determinar a quantidade de contaminantes nas correntes processadas. O equipamento de monitoração pode soar um alarma e/ou começar a recirculação das correntes de saída oriundas do sistema de tratamento 44 de volta para o início do sistema de tratamento, se demasiada contaminação for detectada nas correntes de saída.

Uma corrente líquida pode ser separada pelo segundo separador 47 para dentro de uma corrente não aquosa e uma corrente aquosa. Em uma versão, o segundo separador 47 e o separador 45 podem fisicamente ser uma única unidade. A corrente não aquosa pode incluir óleos e outro material não aquoso. A corrente não aquosa pode ser muito pequena em comparação com a corrente aquosa. A corrente não-aquosa pode ser remetida para a unidade de tratamento 49. A unidade de tratamento 49 pode colocar a corrente não aquosa dentro de recipientes de armazenagem, tais como tambores de refugo. Os recipientes podem ser transportados para fora do local para descarte. Alternativamente, a unidade de tratamento 49 pode ser um sistema de oxidação, sistema térmico ou outro sistema de reação que elimine ou reduz a níveis aceitáveis os contaminantes dentro da corrente não aquosa.

A bomba 51 pode transportar a corrente aquosa através do leito de carvão ativado 53. O leito de carvão ativado 53 remove os contaminantes da corrente aquosa. A corrente aquosa remanescente pode então ser descarregada. Por exemplo, após passar a corrente aquosa através do leito de carvão ativado 53, a corrente aquosa pode ser remetida para o esgoto sanitário 55.

A corrente de vapor do separador 45 pode passar através da unidade de tratamento 57. A unidade de tratamento 57 pode ser um sistema de transferência de massa tal como leito de carvão ativado, um sistema reator tal como um oxidante térmico, ou uma combinação deles. A ventoinha 59 pode puxar a corrente de vapor através da unidade de tratamento 57 e ventilar o vapor restante para a atmosfera.

Em algumas versões dos sistemas de tratamento 44, os sistemas de tratamento podem não incluir oxidantes térmicos para eliminar ou reduzir os contaminantes dentro do gás desprendido a níveis aceitáveis. Os leitos de carbono, concentradores ou sistemas reatores não térmicos podem substituir os oxidantes térmicos. A substituição dos oxidantes térmicos por outro equipamento que elimine ou reduza os contaminantes pode diminuir os custos de capital, custo de transporte e/ou custos operacionais de um sistema de recuperação de solo ISTD. Um oxidante térmico pode ser de obtenção e de transporte para os locais de tratamento muito caros. Além disso, os oxidantes térmicos podem requerer monitoração on-site por pessoal operacional, para assegurar que o oxidante térmico esteja funcionando apropriadamente. A remoção de um oxidante térmico de um processo de recuperação do solo pode significativamente melhorar a economia do processo.

Um sistema de coleta de vapor 36 pode incluir sistema de tubulação que transporte gás desprendido, removido do solo 24, para uma instalação de tratamento 34.0 sistema de tubulação pode ser acoplado a um sistema de vácuo 42 e a poços de produção 22. Em uma versão, a tubulação pode ser uma tubulação não aquecida e/ou uma tubulação não-isolada. O gás desprendido produzido pelo solo pode inicialmente elevar-se verticalmente e em seguida deslocar-se para baixo para a instalação de tratamento. A elevação inicial e subseqüente deslocamento para baixo permite que qualquer gás desprendido condensado passe para um coletor líquido ou para um separador do sistema de tratamento, sem bloquear as linhas do sistema de coleta. Em versões alternativas, a tubulação é termicamente isolada e aquecida. Tubulação isolada e aquecida inibe a condensação do gás desprendido dentro da tubulação. Ter-se um sistema de coleta não isolado e não aquecido pode grandemente reduzir o custo, tempo de instalação e complexidade de um sistema de recuperação de solo.

Um sistema de controle 38 pode ser um sistema de controle de computador. O sistema de controle 38 pode monitorar e controlar a operação de uma instalação de tratamento 34. Se o sistema de coleta de vapor 36 incluir tubulação aquecida, o sistema de controle 38 pode controlar a energia aplicada aos traçadores de linha que aquecem a tubulação. Se os poços de produção 22 ou poços de injeção de calor 26 incluírem elementos aquecedores não auto reguladores, o sistema de controle pode controlar a energia aplicada aos elementos aquecedores dos poços de produção.

Calor pode ser aplicado ao solo 24 durante um processo ISTD. Calor pode ser aplicado ao solo pelos poços de injeção de calor 26, pelos poços de produção 22 e/ou por outras fontes de calor. Calor pode ser aplicado ao solo 24 por elementos aquecedores de resistência elétrica posicionados dentro dos poços de produção. Energia pode ser suprida pela fonte de energia .46 para os poços de produção 22 e poços de injeção de calor 26 através dos cabos 48. A fonte de energia 46 pode ser um transformador ou transformadores que são acoplados a linhas de energia de alta voltagem. Em algumas versões dos sistemas de recuperação de solo, o calor pode ser aplicado ao solo por outras fontes de calor, além do ou em lugar do calor ser aplicado por elementos aquecedores de resistência elétrica. O calor pode ser aplicado ao solo, mas não é limitado a ser aplicado ao solo por combustores, por transferência de calor com um fluido de transferência térmica, por aquecimento por radiofreqüência ou microondas e/ou por aquecimento de resistividade do solo.

Os poços de produção 22, representados na Figura 1, são poços aquecedores/sucção. O calor gerado pelos aquecedores de resistência elétrica dentro dos poços de produção 22 aplicam calor ao solo. O calor gerado pelos elementos aquecedores dentro dos poços de produção 22 flui em contracorrente ao fluxo de massa do gás desprendido dentro do solo 24. O fluxo de contra-corrente de calor e massa pode permitir que o gás desprendido seja exposto às elevadas temperaturas adjacentes aos e dentro dos poços de produção 22. As altas temperaturas podem destruir uma parte significativa de contaminantes dentro do gás desprendido. Em outras versões dos sistemas de recuperação de solo alguns dos poços de produção ou todos os poços de produção podem não incluir elementos aquecedores que aqueçam o solo.

Em algumas versões de sistema de recuperação de solo, o calor pode ser aplicado ao solo somente pelos poços aquecedores/sucção. Em outras versões, tais como a versão representada na Figura 1, somente poços selecionados dentro do solo são poços aquecedores/sucção. Usando-se somente alguns poços aquecedores/sucção pode-se significativamente reduzir o custo do sistema de recuperação de solo. Os poços aquecedores/sucção são tipicamente mais caros do que os poços aquecedores. A instalação e o tempo de conexão para os poços aquecedores/sucção são tipicamente mais dispendiosa e mais longo para os poços aquecedores/sucção do que para os poços aquecedores. Um sistema de coleta de vapor pode necessitar ser muito mais extenso e, assim, mais caro, para um sistema de recuperação de solo que utilize exclusivamente poços aquecedores/sucção.

Em algumas versões de sistema de recuperação de solo, o calor pode ser provido ao solo 24 pelos poços de injeção de calor 26 e/ou pelos poços de produção 22. Os poços de injeção de calor 26 não são acoplados ao sistema de vácuo 42. A superposição do calor dos elementos aquecedores dos poços de injeção de calor 26 e/ou poços de produção 22 pode permitir que uma temperatura de solo 24 dentro de uma área de tratamento eleve-se a uma temperatura desejada, que resultará em recuperação do solo.

Os poços de produção 22 e os poços de injeção de calor 26 podem ser colocados em configurações desejadas dentro do solo 24 que é para ser recuperado. As configurações dos poços de produção 22 e dos poços de injeção de calor 26 podem ser mas não são limitadas a configurações triangulares (como mostrado para os poços de produção 22), configurações retangulares, configurações pentagonais, configurações hexagonais (como mostrado para poços de injeção de calor 26) ou configurações poligonais de ordem mais elevada. Um sistema de recuperação de solo real tipicamente terá muito mais poços dentro de uma área de tratamento do que são representados na representação esquemática da Figura 1. As configurações de poços podem ser configurações regulares para promover aquecimento uniforme e remoção de gás desprendido por toda a área de tratamento. Por exemplo, configurações de poço podem ser configurações triangulares eqüilaterais ou configurações de poço quadradas. Os poços de produção 22 e os poços de injeção de calor 26 das configurações podem ser substancialmente uniformemente colocados por toda a área de tratamento. Alguns dos poços de produção 22 e/ou poços de injeção de calor 26 podem ser deslocados das configurações regulares, para evitar obstáculos dentro ou sobre o solo. Os obstáculos podem incluir mas não são limitados a estruturas; regiões impermeáveis descontaminadas, solo contaminado por amido; linhas de propriedade; e tubos subterrâneos ou acima da terra ou linhas elétricas. O espaçamento entre os centros dos poços pode variar de cerca de 1 m a 13 m ou mais. O espaçamento pode ser determinado com base no tempo permissível para recuperação, propriedades do solo, tipo de contaminação do solo e outros fatores. Um espaçamento de poço fechado pode requerer menos tempo de aquecimento parar elevar a temperatura do solo a uma temperatura desejada, porém espaçamentos bem fechados podem requerer muito mais poços adicionais para aquecer o solo do que seria requerido com um espaçamento de poço maior.

Alguns sistemas de recuperação de solo podem incluir poços de injeção de fluido 28. Os poços de injeção de fluido 28 podem ser usados para introduzir um fluido dentro do solo 24. O fluido pode ser mas não é limitado a um reagente, um agente biológico e/ou um agente de inundação. O fluido pode ser injetado dentro do solo 24 por unidades de bombeamento 50. Alternativamente, o vácuo aplicado aos poços de produção 22 podem puxar fluido para dentro do solo 24 oriundo dos poços de injeção de fluido 28.

Alguns sistemas de recuperação de solo podem incluir poços de teste 30. As amostras de fluido podem ser retiradas dos poços de teste 30, para permitir a determinação do progresso da recuperação do solo em locais selecionados e em tempos selecionados. Equipamento de monitoração pode ser posicionado nos poços de teste 30, para monitorar a temperatura, pressão, concentração química ou outras propriedades durante um processo de recuperação do solo.

A figura 2 indica uma representação de um sistema de recuperação de solo ISTD 20 que utiliza somente poços aquecedores/sucção como poços de produção 22. A fonte de energia 46 que aquece os elementos aquecedores dentro dos poços de produção 22 pode ser um transformador trifásico. Por exemplo, a fonte de energia 46 pode ser um transformador de112,5 kVA que tem um primário 3-fásico de 480 VCA e um secundário 3- fásico de 208 VCA. Cada fase pode ser usada para energizar um grupo de poços de produção 22 que são eletricamente conectados em série. Se mais do que três grupos de poços de produção 22 forem necessários para processar uma área de tratamento, as seções da área podem ser seqüencialmente tratadas ou fontes adicionais de energia podem ser usados a fim de que a inteira área de tratamento seja processada de uma vez. Os poços de produção .22 podem ser diretamente acoplados à fonte de energia 42, sem o uso de controladores de poço, se os elementos aquecedores forem feitos de metais tendo propriedades de temperatura auto-reguláveis. Os elementos aquecedores dos poços de produção 22 e da fonte de energia 46 são projetados para alcançar uma temperatura desejada, quando conectados à fonte de energia. Os elementos aquecedores podem ser projetados para aquecer a uma temperatura máxima de cerca de 1250°C. Os elementos aquecedores podem ser projetados para ter uma temperatura operacional de estado constante de cerca de 900°C. Uma faixa de temperatura dos elementos aquecedores pode estender-se da temperatura ambiente do solo a cerca de .1250°C.

O gás desprendido puxado do solo 24 pelo vácuo pode passar através das mangueiras 52 e tubo de distribuição de vácuo 54 para uma instalação de tratamento. As mangueiras 52 e o tubo de distribuição de vácuo .54 podem ser componentes de um sistema de coleta de vapor 36. As mangueiras 52 podem fixar-se a tubulações internas de vácuo de um poço de produção 22 e ao tubo de distribuição de vácuo 54. A tubulação interna pode estender-se através de uma cobertura 32 e pode elevar-se a uma altura suficiente para permitir que o resto do sistema de coleta de vapor 36 incline- se para baixo para uma instalação de tratamento 34. Selante tal como soldas, selante de borracha de silicone ou outros tipos de selante podem ser usados para selar as tubulações internas dos poços de produção 22 e outras estruturas que passam através da cobertura 32 para a cobertura. Os selantes podem inibir vapor e/ou líquido de passar para dentro ou para fora da cobertura 32.

Uma mangueira 52 pode ser fixada a cada tubulação interna de poço de produção e ao tubo de distribuição de vácuo 54 por cola solvente e/ou grampos, ou por outros métodos de fixação, incluindo mas não limitado a rosqueamento ou flanges. As mangueiras 52 podem ser formadas de borracha de alta temperatura que tenha um limite de temperatura de trabalho superior de cerca de 450°F (232°C). As mangueiras 52 são condutos para transportar gás desprendido dos poços de produção 22 para o tubo de distribuição de vácuo 54. Gás desprendido passando através de uma mangueira 52 tem um tempo de permanência dentro da mangueira. Uma mangueira 52 pode ter uma extensão suficiente a fim de que o tempo de permanência do gás desprendido dentro da mangueira seja suficientemente longo para permitir que o gás desprendido resfrie. O gás desprendido pode resfriar dentro das mangueiras 52 a uma temperatura que seja em ou abaixo de um limite superior de temperatura de trabalho do material que forma o tubo de distribuição de vácuo 54.

Um tubo de distribuição de vácuo 54 pode ser formado de tubulação plástica. A tubulação plástica pode ser tubulação de polivinil cloreto clorado (CPVC) ou outra tubulação plástica que tenha um elevado limite superior de temperatura de trabalho. O limite de temperatura de trabalho superior da tubulação CPVC é de aproximadamente 200°F (93°C). O gás desprendido fluindo através do tubo de distribuição de vácuo 54 pode resfriar. Partes do tubo de distribuição de vácuo 54, localizadas afastadas dos poços de produção 22, podem ser formadas de tubulação plástica, tais como tubulação de PVC, que tem um limite mais baixo de temperatura de trabalho do que a tubulação de CPVC.

O uso de um sistema de coleta incluindo mangueiras 52 e tubo de distribuição de vácuo de tubulação plástica 54 pode resultar em custos mais baixos, construção simplificada no local e custos mais baixos de mobilização, em comparação com um sistema de coleta de tubulação metálica. O sistema de coleta não é isolado e aquecido para impedir a condensação do gás desprendido. Isto reduz grandemente o custo, tempo de instalação e custo operacional do sistema de coleta. A mangueira 52 pode ser enrolada em bobinas para transporte. A tubulação plástica pode ser comprada localmente próximo do local. A mangueira 52 e a tubulação plástica são facilmente cortadas no tamanho no local e são conectáveis por cola solvente ou outras técnicas. Além disso, a mangueira 52 e a tubulação plástica são leves e não requerem maquinaria para levantamento e posicionamento durante a instalação. Diferente da tubulação metálica, a mangueira 52 e a tubulação plástica podem ser altamente resistentes a corrosão causada pelo gás desprendido. Por exemplo, o gás desprendido pode incluir cloreto de hidrogênio, especialmente se a contaminação do solo incluir hidrocarbonetos clorados. Se o cloreto de hidrogênio formar ácido clorídrico com água condensada, o ácido pode rapidamente corroer a tubulação de coleta de vapor metálico. A mangueira 52 e o tubo plástico podem ser altamente resistentes à corrosão por HCl.

As figuras 4,5 e 6 representam versões dos poços de produção22 que incluem elementos aquecedores 56. Os elementos aquecedores 56 podem ser metal nu sem um revestimento de isolamento, tal como isolamento mineral. Empregando-se elementos aquecedores de metal nu não isolado pode-se significativamente reduzir o custo de aquecimento em comparação com os elementos aquecedores convencionais, tais como cabos isolados por mineral. Os elementos aquecedores 56 podem ser colocados no solo 24 sem serem fixados a um membro de suporte, tal como um conduto ou um cabo de suporte. Eliminando-se um cabo de suporte ou conduto reduz-se o custo, tempo de instalação e mão-de-obra associada com a instalação do elemento aquecedor. Uma corrente elétrica pode ser passada através dos elementos aquecedores 56 para resistivamente aquecer os elementos aquecedores.

Um sistema de vácuo pode remover gás desprendido do solo24 através das aberturas 58 de uma tubulação interna de vácuo 60. As Figuras4 e 5 representam versões de poços de produção que condutivamente aquecem o solo 24. Os elementos aquecedores 56, mostrados nas Figuras 4 e5, aquecem o material de compactação 62 que conduz calor para o solo adjacente. O material de compactação 62 pode ser areia, cascalho ou outro material de enchimento que possa ser submetido a elevadas temperaturas. O material de enchimento pode incluir catalisador 64. O catalisador 64 pode ser um metal, óxido metálico, ou outro tipo de catalisador que aumente a pirólise ou oxidação dos contaminantes que passam através do material de compactação. Em uma versão, o catalisador é alumina.

Elementos aquecedores que são acondicionados com o material de enchimento no solo podem termicamente expandir-se para a superfície quando aquecidos. Concessão necessita ser feita nas cabeças de poço para permitir a expansão dos elementos aquecedores.

A Figura 6 representa uma versão de um poço de produção 22 que inclui um elemento aquecedor 56 que radiativamente aquece a tubulação interna de poço aquecedor 66. A superfície interna da tubulação interna aquecedora 66 pode ser enegrecida, texturizada, oxidada ou de outro modo tratada para aumentar a transferência do calor radiativo entre o elemento aquecedor 56 e a tubulação interna aquecedora. O a tubulação interna de poço aquecedor 66 pode radiativamente aquecer a tubulação interna de vácuo60. A superfície interna da tubulação interna de vácuo pode ser enegrecida, texturizada, oxidada, revestida ou de outro modo tratada para aumentar a transferência do calor radiativo entre a tubulação interna aquecedora e a tubulação interna de vácuo. Alternativamente, o espaço anular entre a tubulação interna aquecedora e a tubulação interna de vácuo pode ser enchido com material de compactação. O material de compactação pode incluir um catalisador que aumente a pirólise ou oxidação dos contaminantes que passam através do material de compactação.

Uma tubulação interna de poço aquecedor 66 pode impedir o vazamento de corrente para dentro do solo 24 como pode ocorrer com os elementos aquecedores que não têm tubulações internas. Alguns vazamentos de corrente podem ser aceitáveis porque o vazamento de corrente pode aquecer a água ou solo que está puxando a corrente dos elementos aquecedores. Se excessivo vazamento de corrente for possível, uma tubulação interna externa pode ser usada para circundar o elemento aquecedor. Uma tubulação interna de poço aquecedor 66 pode ser usada quando o poço for para ser posicionado em uma zona saturada de água, ou dentro do solo que tem um alto teor de sal ou contenha água salobra.

Os elementos aquecedores 56 que radiativamente aquecem uma tubulação interna de poço aquecedor 66 ou solo 24 pode expandir-se para baixo quando aquecido. A tubulação interna de poço aquecedor 66 ou a abertura no solo definida abrindo-se a parede 67 em que o elemento aquecedor é colocado deve ser suficientemente longa para acomodar a expansão térmica do elemento aquecedor 56.

Como representado na Figura 6, os espaçadores 68 podem ser colocados ao longo de uma extensão dos elementos aquecedores 56 para impedir que o elemento aquecedor entre em contato com, ou eletricidade forme arco, com um conduto adjacente, tal como uma tubulação interna de poço aquecedor 66. Os espaçadores 68 podem também impedir que uma perna 70 de um elemento aquecedor 56, que está dobrado em forma de "U", contate, ou eletricidade forme arco, com uma perna adjacente do elemento aquecedor. Os espaçadores 68 podem ser feitos de isoladores cerâmicos. Por exemplo, espaçadores podem ser feitos de material isolante de cerâmica de elevada alumina. Os espaçadores 68 podem ser obtidos da Cooper Industries (Houston, Texas). Os espaçadores 68 podem deslizar para sobre os elementos aquecedores 56. Uma gota de solda pode ser formada embaixo de um lugar onde um espaçador 68 é para ser locado, a fim de que o espaçador não possa passar pela gota de solda. Em uma versão de um elemento aquecedor que é verticalmente posicionado em um poço (como representado na Figura 6), os espaçadores 68 podem ser posicionados a cerca de cada 1/3 m a cerca de cada xA m ao longo de uma extensão do elemento aquecedor. Espaçamentos mais curtos ou mais longos podem ser usados para acomodar os elementos aquecedores particulares e as exigências do sistema. Elementos aquecedores horizontalmente orientados, colocados dentro das tubulações internas de poço aquecedor podem requerer espaçamentos mais próximos, para inibir a arqueação do elemento aquecedor quando ele for aquecido. Os espaçadores68 podem também ser posicionados entre uma tubulação interna de vácuo 60 e/ou solo e um elemento aquecedor 56 de um elemento aquecedor que condutivamente aquece o material de enchimento 62 (como representado na Figura 5).

As Figuras 7, 8 e 9 representam versões de poços de injeção de calor 26. Os poços de injeção de calor 26 incluem elementos aquecedores56. Uma corrente elétrica pode ser passada através dos elementos aquecedores 56 para resistivamente aquecer os elementos aquecedores. A Figura 7 representa uma versão de um poço de injeção de calor 26 tendo um elemento aquecedor 56 que condutivamente aquece o solo 24. A Figura 8 representa uma versão de um poço de injeção de calor tendo um elemento aquecedor 56 que está incluído em uma tubulação interna de aquecimento 66. Em certas versões, a tubulação interna de aquecimento 66 pode ser acondicionada com material de enchimento. Em outras versões, a tubulação interna de aquecimento pode radiativamente aquecer a tubulação interna de aquecimento. A Figura 9 representa uma versão de um poço de injeção de calor tendo um elemento aquecedor 56 que radiativamente aquece o solo adjacente 24.

A Figura 10 é uma representação de uma versão de um elemento aquecedor 56 posicionado dentro de uma vala próximo da superfície da terra 40. O elemento aquecedor 56 é mostrado abaixo da interface de contaminação 72 do solo não contaminado 74. Em outras versões, o elemento aquecedor 56 pode ser posicionado dentro do solo contaminado 76, ou em ou próximo da interface de contaminação 72. O elemento aquecedor 56 é mostrado como tendo ângulos de 90° com a superfície. Na prática, as extremidades da vala podem afilar-se em direção à superfície e as extremidades do elemento aquecedor 56 podem ser posicionadas nas extremidades afílantes da vala, em vez de ter extremidades anguladas em 90°.

O vácuo puxado por uma instalação de tratamento pode ser aplicado próximo da superfície de solo 40. A esteira permeável 78 pode ser colocada no topo da superfície de solo 40 e uma barreira impermeável 80 e uma barreira térmica 82 podem ser colocadas no topo da esteira. A esteira 78 pode servir como um conduto para fluir embaixo da barreira impermeável 80. Em uma versão, a esteira 78 pode ser uma camada delgada de areia de alta permeabilidade ou outro material granular. A esteira 78 pode incluir material catalisador que aumente a degradação térmica dos contaminantes que passam através da esteira. A esteira 78 pode permitir que gás desprendido escoe para fora do solo 24 para um tubo de distribuição de vácuo 54, posicionado acima da esteira. O gás desprendido pode fluir mesmo quando o vácuo puxa a barreira impermeável 80 contra a esteira 78 e comprime a esteira. Alternativamente, os poços de sucção podem ser inseridos dentro do solo por todo o local de tratamento, para puxar gás desprendido do solo.

Como mostrado nas Figuras 4 -10, os elementos aquecedores56 podem incluir seções aquecedoras 84, seções de transição 86 e pinos 88. Alguns elementos aquecedores 56 podem não incluir seções de transição entre as seções aquecedoras 84 e pinos 88. Toda ou substancialmente toda a seção aquecedora 84 de um elemento aquecedor 56 pode ser metal nu. "Metal nu" como aqui usado refere-se a um metal que não inclui uma camada de isolamento elétrico, tal como isolamento mineral, que é projetado para prover isolamento elétrico para a seção aquecedora 84 durante o uso. Metal nu pode englobar um metal que inclua um inibidor de corrosão, tal como uma camada de oxidação naturalmente ocorrente, uma camada de oxidação aplicada e/ou uma película. Metal nu inclui metal com isolamento polimérico ou outros tipos de isolamento elétrico que não possa reter as propriedades isolantes elétricas em temperatura operacional típica da seção aquecedora 84 do elemento aquecedor 56. Tal material pode ser colocado no metal e pode ser projetado para ser destruído durante um processo de recuperação de solo. Material de solda e/ou seções conectoras de seções aquecedoras 84 podem incluir material isolante elétrico sem mudar a natureza do elemento aquecedor em um elemento aquecedor isolado. As seções isoladas de uma seção aquecedora 84 de um elemento aquecedor 56 podem ser menos do que 5%, 1%, 0,5% ou 0,1% de um comprimento da seção aquecedora. Elementos aquecedores de metal nu 56 reduzem significativamente o custo de produção e aumentam a disponibilidade dos elementos aquecedores, em comparação com os elementos aquecedores que incluem seções aquecedoras isoladas 84.

Em certas versões dos elementos aquecedores 56, partes das seções de transição 86 e/ou partes dos pinos 88 podem ser eletricamente isoladas. Em outras versões dos elementos aquecedores 56, todo o elemento aquecedor pode ser metal nu.

Os elementos aquecedores 56, representados nas Figuras 4-10, são posicionados substancialmente vertical ou horizontalmente. Os elementos aquecedores podem ser posicionados em qualquer orientação desejada de O0 (horizontal) a 90° (vertical) em relação a superfície do solo. Por exemplo, em uma versão de sistema de recuperação de solo, elementos aquecedores podem ser orientados a cerca de 45° para recuperar o solo adjacente a uma camada geológica que inclina-se a cerca de 45°. A orientação pode ser escolhida para resultar em recuperação de solo rápida e eficiente e de custo relativamente baixo.

As seções aquecedoras 84 dos elementos aquecedores 56 podem ser formadas de metais que são capazes de uso sustentado em elevadas temperaturas operacionais. Partes de um elemento aquecedor 56 podem operar de temperaturas de solo ambiente a temperaturas sustentadas de acima de IOOO0C. Em certas versões de elemento aquecedor, tal como os elementos aquecedores representados nas Figuras 4, 5, 7, 9 e 10, partes dos ou todos os elementos aquecedores 56 podem ser expostos a gás desprendido durante a recuperação do solo. Tais elementos aquecedores 56 podem necessitar ser feitos de metal resistente à corrosão. A resistência das seções aquecedoras 84 à corrosão pode ser muito importante. Alta temperatura e alta amperagem em que as seções aquecedoras 84 operam podem promover a corrosão das seções aquecedoras 84. A corrosão pode diminuir as áreas da seção transversal das seções aquecedoras 84 em certos locais ao longo das extensões das seções aquecedoras. Áreas de seção transversal diminuídas da seção aquecedora 84 podem fazer com que as seções aquecedoras sobreaqueçam e falhem.

As seções aquecedoras 84 podem ser formadas de aço inoxidável. O aço inoxidável pode ser mas não é limitado a aço inoxidável tipo 304, aço inoxidável tipo 309, aço inoxidável tipo 310 ou aço inoxidável tipo 316. As seções aquecedoras 84 podem também ser formadas de outros metais, incluindo mas não limitado a NICHROME, INCOLOY, HASTELLOY ou MONEL (HASTELLOY e MONEL são marcas comerciais). Por exemplo, uma seção aquecedora 84 pode ser feita de NICHROME 80 ou INCOLOY 800.

Um metal específico, usado para formar uma seção aquecedora 84 de um elemento aquecedor 56, pode ser escolhido com base no custo, temperatura do processo de recuperação do solo, nas propriedades elétricas do metal, nas propriedades físicas do metal e nas propriedade de resistência química do metal. Por exemplo, aço inoxidável 310 é um aço inoxidável de alta temperatura que pode dissipar cerca de 20% mais de energia do que o aço inoxidável 304 de dimensões equivalentes. A resistência à corrosão do aço inoxidável 310 é melhor do que a resistência à corrosão do aço inoxidável 304. O limite superior da temperatura de trabalho do aço inoxidável 310 é de cerca de 160°C mais elevada do que o limite superior da temperatura de trabalho do aço inoxidável 304.

A Fig. 11 representa a energia/comprimento tanto da corrente como dissipada para elementos aquecedores conformados em "U", conectados em série. Cada elemento aquecedor é uma tira metálica que tem 1 polegada (2,54 cm) por 0,125 polegada (0,318 cm) por 20 pés (6,1 m) de comprimento. Os elementos aquecedores são conectados em série por uma fonte de energia de corrente alternada conectada em delta. O numerai de referência 90 representa a curva de corrente para os elementos aquecedores de aço inoxidável 310 e o numerai de referência 92 representa a curva de energia/comprimento para os elementos aquecedores de aço inoxidável. O numerai de referência 94 representa a curva da corrente para os elementos aquecedores de aço inoxidável 304 e o numerai de referência 96 representa a curva de energia/comprimento para os elementos aquecedores de aço inoxidável 304. As curvas de energia/comprimento de corrente para os elementos aquecedores de aço inoxidável 310 são ambas mais baixas do que as correspondentes curvas de energia/comprimento de energia para os elementos aquecedores de aço inoxidável 310. As curvas inferiores para o aço inoxidável 310 implica em que menos energia elétrica precisa ser aplicada aos elementos aquecedores de aço inoxidável 310 do que aos equivalentes elementos aquecedores de aço inoxidável 304, para produzir o mesmo efeito de aquecimento.

A faixa de temperatura extra de aço inoxidável 310 pode ser usada para dissipar calor extra dentro do solo e encurtar o tempo de recuperação. A faixa de temperatura extra pode ser usada como uma margem de segurança para garantia contra superaquecimento do elemento aquecedor. O custo do aço inoxidável pode ser de cerca de 25% mais do que o custo do aço inoxidável 304. Em um estágio do projeto de um processo de recuperação do solo, pode ser feita uma determinação de se as melhores características do aço inoxidável 310 justifica o custo extra do aço inoxidável 310 acima do custo do aço inoxidável 304. Comparações similares podem ser feitas para outros metais também.

Seções aquecedoras 84 de elementos aquecedores 56 podem ser formadas para terem seções selecionadas que aquecem a temperaturas mais elevadas ou mais baixas do que as seções adjacentes dos elementos aquecedores. Partes de um elemento aquecedor 56 que são configurados para aquecer a temperaturas mais elevadas do que as partes adjacentes podem ser posicionadas adjacentes às interfaces 72 entre o solo contaminado 76 e o solo não contaminado 74. A temperatura extra produzida nas partes de alta temperatura pode ajudar a opor-se a perda de calor devida a efeitos de extremidade da seção aquecedora 84. As partes de alta temperatura podem dissipar mais do que 5%, 15%, 25% ou 30% de calor do que as partes adjacentes da seção aquecedora. A Figura 12 mostra uma parte de um elemento aquecedor 56 tendo uma parte de alta temperatura que é uma parte de área de seção transversal reduzida 98, posicionada adjacente às partes de área de seção transversal maior 100. O metal pode ser removido de uma parte de uma seção aquecedora 84, para formar uma parte de alta temperatura da seção aquecedora 84. Alternativamente, as partes de uma seção aquecedora que são para ser aquecidas a mais altas temperaturas do que as áreas adjacentes podem ser partes de um diferente metal que é mais eletricamente resistivo do que o metal das seções adjacentes. O metal mais resistivo pode ter uma maior, igual ou menor área de seção transversal do que as partes adjacentes da seção de aquecimento. O material de solda térmica e eletricamente condutivo pode ser usado para acoplar as partes 98, 100 entre si. Cuidado pode ser tomado para assegurar que as extremidades dos diferentes metais contatem-se e que uma grande quantidade de solda una as diferentes partes metálicas entre si. O contato das partes metálicas e uma grande quantidade de material de solda pode assegurar que falha devido à formação de arco e/ou corrosão não ocorra nas junções entre os metais durante o uso.

As partes das seções aquecedoras 84 podem aquecer a mais baixas temperaturas do que as partes circundantes. Tais partes podem ser posicionadas adjacentes às camadas de solo ou obstáculos que não necessitam ser aquecidos a altas temperaturas. Por exemplo, uma seção de aquecimento reduzido pode ser projetada para situar-se adjacente a uma camada de solo impermeável e não contaminado que está entre duas camadas de solo contaminado. Uma seção de baixo aquecimento pode ser formada de uma seção de aquecimento tendo aumentada área seccional transversal, em comparação com as áreas adjacentes. Alternativamente, uma seção de baixo aquecimento pode ser formada de um metal menos eletricamente resistivo, soldado entre duas partes adjacentes de seção aquecedora. Deve ser tomado cuidado para assegurar que as extremidades dos diferentes metais contatem- se e que uma grande quantidade de solda una as diferentes partes metálicas entre si. Material de solda térmica e eletricamente condutivo pode ser usado para unir as partes entre si. As partes metálicas contatando e uma grande quantidade de material de solda podem assegurar que falha devido à formação de arco e/ou corrosão não corra nas junções entre as partes durante ouso.

As seções de transição 86 de um elemento aquecedor 56 podem ser soldadas em cada extremidade de uma seção aquecedora 84 do elemento aquecedor. Os pinos 88 podem ser soldados às seções de transição 86. A seção de transição 86 pode reduzir uma temperatura do elemento aquecedor 56, a fim de que a temperatura no e adjacente ao pino 88 seja suficientemente fria para permitir o uso de um cabo conector isolado 48 (representado na Figura 4) para unir o pino 88 a uma fonte de energia 46. A seção de transição 86 pode ser feita do mesmo material que a seção aquecedora 84, porém a seção de transição pode ter maior área de seção transversal. Alternativamente, a seção de transição pode ser feita de um material tendo menos resistência elétrica do que a seção aquecedora. As duas seções podem ser soldadas entre si. A Figura 13 representa uma versão de um elemento aquecedor 56 que pode ser usado para radiativamente aquecer o solo. O elemento aquecedor 56 inclui as soldas 102 entre a seção de transição86 e a seção aquecedora 84. Material de solda térmica e eletricamente condutivo pode ser usado para unir as seções 84, 86 entre si. O contato das seções metálicas e uma grande quantidade de material de solda podem assegurar que a falha devido à formação de arco e/ou corrosão não ocorra em uma junção entre as seções durante o uso.

Os pinos 88 podem ser pinos de níquel. Em uma versão, tal como a versão representada na Figura 4, os pinos 88 estendem-se através de uma cobertura de solo 32, quando o elemento aquecedor 56 é inserido dentro do solo 24. Uma conexão 104 pode eletricamente unir o pino a um cabo 48. A conexão 104 pode ser uma alça Kerney mecânica, um recipiente epóxi, ou outro tipo de conexão elétrica. O cabo 48 pode ser eletricamente unido à fonte de energia 46. O cabo 48 pode ser um cabo eletricamente isolado. A seção de transição 86 e o pino frio 88 podem permitir que o elemento aquecedor 56, o solo 24 e/ou cobertura 32 fiquem bastante frias para inibir a degradação térmica do isolamento de cabo durante o uso.

Em certas versões dos elementos aquecedores, seções longas de metal de relativamente baixa resistência podem ser unidas às seções aquecedoras para formar longas seções aquecidas que gerem temperaturas suficientes para inibir a condensação de vapor em ou adjacente ao elemento aquecedor. O metal de baixa resistência pode ser mas não é limitado a níquel ou ligas de níquel e cobre, tais como Alloy 30. As seções longas aquecidas podem ser necessárias para profunda contaminação de solo que não fique próxima da superfície de solo.

Em certas versões, as seções aquecedoras 84 dos elementos aquecedores 56 podem ser feitas de metal que permita que a temperatura do elemento aquecedor seja auto-regulável. Por exemplo, o elemento aquecedor pode ser feito de um aço inoxidável 304, aço inoxidável 310 ou aço inoxidável 316. Estes aços inoxidáveis têm curvas de resistividade versus de temperatura em que a resistividade aumenta substancialmente de modo linear quando a temperatura aumenta. A Figura 14 mostra uma plotagem de resistividade versus temperatura para aço inoxidável 310 e aço inoxidável304. A dissipação de energia e a amperagem através de um elemento aquecedor feito de um material auto-regulável diminui quando a temperatura aumenta, e aumenta quando a temperatura diminui, devido, em parte, às propriedades de resistividade do material e da Lei de Ohm. Para um suprimento de voltagem substancialmente constante para um elemento aquecedor, se a temperatura do elemento aquecedor aumentar, a resistência do elemento aumentará, a amperagem através do elemento aquecedor diminuirá e a dissipação de energia diminuirá; assim, forçando a temperatura do elemento aquecedor a diminuir. Por outro lado, se a temperatura do elemento aquecedor diminuir, a resistência do elemento diminuirá, a amperagem através do elemento aquecedor aumentará e a dissipação de energia aumentará; assim, forçando a temperatura do elemento aquecedor a aumentar. Alguns metais, tais como certos tipos de NICHROME, têm curvas de resistividade que diminuem com o aumento da temperatura para certas faixas de temperatura. Tais materiais podem não ser capazes de serem aquecedores auto-reguláveis.

Uma fonte de energia 46 (representada na Figura 4) para um sistema de recuperação de solo ISTD pode prover uma voltagem substancialmente constante para os elementos aquecedores do sistema de recuperação de solo. A fonte de energia 46 pode ser energia elétrica de uma linha de energia que passe através de um transformador. A saída do transformador pode ser acoplada a numerosos poços aquecedores por conexões paralelas e/ou em série, para prover um apropriado circuito elétrico que aqueça o solo a uma desejada temperatura.

A seção aquecedora 84 de um elemento aquecedor 56 pode ter uma grande área de seção transversal, em comparação com os elementos aquecedores radiantes convencionais. A grande área de seção transversal pode permitir que um elemento aquecedor 56 tenha uma pequena resistência elétrica, em comparação com um aquecedor convencional de comprimento equivalente. A pequena resistência elétrica pode permitir que o elemento aquecedor 56 seja longo. Um elemento aquecedor pode ter acima de 10 m, 50 m ou 100 m de comprimento, 300m, 500 m ou 600 m de comprimento. A pequena resistência elétrica pode também permitir que diversos elementos aquecedores sejam eletricamente conectados em série. A capacidade de conectar diversos elementos aquecedores 56 em série pode grandemente simplificar as exigências de fiação de um sistema de recuperação de solo. Para elementos aquecedores que condutivamente aquecem material adjacente, a grande área de seção transversal da seção aquecedora pode significar que haverá uma grande área de contato entre a seção aquecedora e o material adjacente. Para elementos aquecedores que radiativamente aquecem o material adjacente, a grande área de seção transversal do aquecedor pode significar que a seção aquecedora tenha uma grande área de superfície que irradiará calor para uma parede de tubulação interna ou ao solo. Além disso, as grandes áreas de seção transversal dos elementos aquecedores podem permitir que os elementos aquecedores sejam colocados no solo sem serem ligados a uma estrutura de suporte. Em uma versão de um elemento aquecedor radiativo, o elemento aquecedor é feito de matéria prima de haste de aço inoxidável 304, tendo um diâmetro de cerca de 1 cm. Os elementos aquecedores radiativos que são suspensos dentro de uma tubulação interna de poço podem ter seções telescópicas de diferentes ligas e/ou diferentes áreas de seção transversal para produzir longos elementos de aquecimento. Uma primeira seção pode ser feita de um material que tenha uma alta resistência à fluência em temperaturas operacionais do elemento aquecedor. A primeira seção pode ser relativamente espessa ou ter um diâmetro efetivo relativamente grande. Muitos materiais de alta resistência, de alta resistência à fluência, tais como INCONEL 617 e HR 120, têm mais elevadas resistências elétricas do que os aços inoxidáveis que podem ser usados para formar seções aquecedoras primárias do elemento aquecedor. Material de mais elevada resistência permite que as seções de altas resistência e resistência à fluência (uma em cada perna de um elemento aquecedor com formato de "U") aqueçam a elevadas temperaturas, mesmo embora as seções tenham grandes áreas de seção transversal. Uma segunda seção pode ser feita de um metal menos caro, que é soldado ao primeiro metal. A segunda seção pode ter uma menor espessura ou diâmetro efetivo do que a primeira seção. Seções adicionais podem ser soldadas à tira para formar um elemento aquecedor tendo um comprimento desejado. Os diâmetros dos vários metais, levando-se em consideração a resistividade dos metais, podem ser ajustados para produzir um longo elemento aquecedor que dissipe substancialmente a mesma quantidade de energia por comprimento unitário ao longo de substancialmente o inteiro comprimento do aquecedor. Os metais usados para formar as seções podem incluir mas não são limitados a INCONEL 617, HR 120, aço inoxidável 316, aço inoxidável 310 e aço inoxidável 304. Em uma versão de um longo elemento aquecedor suspenso radiativo, um condutor da seção de cerca de 30 m é feito de aço inoxidável 316 e é usado para suspender o elemento aquecedor de uma cabeça de poço. O condutor da seção funciona como uma seção aquecedora do elemento de aquecimento. Uma segunda seção aquecedora pode ser formada de uma área de seção transversal mais estreita de aço inoxidável 304 (até cerca de 25% menos área de seção transversal para dissipar a mesma quantidade de calor que o condutor da seção). A segunda seção aquecedora da versão particular tem 160 m de comprimento, resultando em um elemento aquecedor conformado em "U" tendo uma seção de aquecimento (30 m + 80m) de 110 m, com um comprimento de seção aquecedora total de 220 m. Uma parte da segunda seção aquecedora próximo a uma curva de 180° (ou curva de pino de cabelo) do elemento aquecedor pode ter uma área de seção transversal mais reduzida ou um metal de diferente liga para dissipar mais calor do que as seções de elemento aquecedor adjacentes.

Em certas versões de elementos aquecedores radiativos, uma seção de suporte de um elemento aquecedor radiativo pode ter uma área de seção transversal que afila-se a uma área de seção transversal substancialmente constante. Uma seção de suporte pode ser feita do mesmo material ou de um diferente material do que outras partes de um elemento aquecedor. A seção de suporte pode ser uma seção de transição de um elemento aquecedor que não necessite elevar-se a altas temperaturas operacionais. A seção de suporte pode ser uma parte de uma seção aquecedora que se elevará a elevadas temperaturas operacionais durante o uso.

Para um elemento aquecedor 56 que condutivamente aquece o material adjacente, a seção aquecedora 84 pode ter uma área de seção transversal substancialmente retangular. Por exemplo, uma versão de uma seção aquecedora 26 tem uma seção transversal retangular de 25 milímetros (mm) por 3 mm e um comprimento de cerca de 6 metros. As dimensões de uma seção aquecedora podem ser escolhidas a fim de que a seção aquecedora produza e dissipe uma desejada quantidade de calor, quando inserida dentro do solo e quando acoplada a uma fonte de energia. Formatos de seção transversal que não formatos retangulares podem também ser usados. Os formatos de seção transversal podem ser mas não são limitados a elipsoidais, circulares, arqueados, triangulares, retangulares, pentagonais, hexagonais ou conformados em polígonos de ordem mais elevada. Os elementos aquecedores que transferem calor por adição podem tipicamente ter uma área de seção transversal substancialmente circular, porém outras áreas de seção transversal, tais como as áreas de seção transversal referidas acima, podem também ser usadas.

Os elementos aquecedores podem ser posicionados dentro do solo em uma variedade de maneiras. Alguns elementos aquecedores 56 podem ser diretamente colocados dentro do solo, tais como a versão de um elemento aquecedor representado na Fig. 7. Outras versões de elemento aquecedor podem ser separadas do solo por material de compactação 62, tal como é representado na versão da figura 4. Outros elementos aquecedores podem ser colocados em tubulações internas aquecedoras 66, tais como o elemento aquecedor representado na Figura 6. A tubulação interna aquecedora 66 pode ser colocada ou acondicionada no solo, ou a tubulação interna aquecedora pode ser colocada em uma tubulação interna de vácuo 60 que é colocada ou acondicionada no solo. A colocação de um elemento aquecedor 56 em uma tubulação interna de elemento aquecedor 66 pode permitir que o elemento aquecedor seja feito de um material não resistente à corrosão, relativamente barato, porque o gás desprendido não entrará em contato direto com o elemento aquecedor. A tubulação interna de elemento aquecedor 66 pode ser feita de um material que tenha suficiente resistência à corrosão para resistir à corrosão de ruptura durante o tempo estimado, necessário para completar a recuperação do solo.

Um elemento aquecedor 56 pode ser cravado diretamente para dentro do solo. Uma haste de cravação pode ser posicionada no centro de um elemento aquecedor 56. A haste de cravação pode então ser socada dentro do solo 24. Quando o elemento aquecedor 56 é inserido a uma profundidade desejada, a haste de cravação pode ser retirada. A haste de cravação pode ser feita de seções roscadas, que são montadas entre si quando a haste de cravação é socada mais fundo dentro do solo 24. Uma geossonda ou um aparelho penetrômetro cônico pode ser usado para cravar um elemento aquecedor 56 dentro do solo 24. Além disso, um aparelho sônico pode ser usado para vibrar o elemento aquecedor 56 para uma profundidade desejada. O aparelho sônico pode incluir um carne excêntrico que vibra um elemento aquecedor 56 e uma haste de cravação a uma desejada profundidade de solo. A cravação ou vibração de um elemento aquecedor 56 dentro do solo 24 pode não produzir cortes como são produzidos quando uma abertura perfurada é formada no solo. A cravação ou vibração de um elemento aquecedor 56 pode eliminar problemas associados com o descarte de aparas produzidas durante a formação de um furo. Evitar a produção de aparas pode ser particularmente vantajoso em locais extremamente tóxicos ou radiativos. Além disso, a cravação ou vibração de um elemento aquecedor 56 dentro do solo 24 pode vantajosamente colocar uma parte do elemento aquecedor 564 em contato direto com o solo a ser aquecido.

Para os elementos aquecedores 56, colocados em aberturas ou tubulações internas de poço, os elementos aquecedores 56 podem ser formados em formatos "U", a fim de que as extremidades de ambas as pernas70 do elemento aquecedor sejam acessíveis na superfície de solo 40. A acessibilidade de ambas as pernas 70 permite que muitos elementos aquecedores 56 sejam fácil e eficientemente unidos entre si eletricamente. Os espaçadores podem ser posicionados em locais desejados ao longo da extensão do elemento aquecedor. O elemento aquecedor pode ser abaixado para dentro da abertura ou tubulação interna. Se material de enchimento for para ser usado para compactar a tubulação interna, como representado na Figura 4, o material de enchimento 62 pode ser colocado adjacente ao elemento aquecedor 56. Para colocar o material de enchimento 62, um tubo de enchimento, tal como um tubo de cloreto de polivinila, pode ser inserido entre as pernas 70 de um elemento aquecedor com formato "U" 56. Se o material de enchimento for para ser colocado entre as pernas 70 do elemento aquecedor e o solo 24, tubos suspensos por fios podem ser abaixados até as pernas do elemento aquecedor. Os tubos podem ser elevados quando o material de enchimento 62 é colocado na abertura. Os tubos podem apropriadamente posicionar-se em cada perna do elemento aquecedor 56. Em certas versões, o tubo de enchimento pode comprimir o elemento aquecedor contra o solo. O material de enchimento 62 pode ser inserido através do tubo de enchimento, enquanto elevando-se o tubo de enchimento para fora do solo 24. O material de enchimento 62 pode obstruir os espaços entre o elemento aquecedor 56 e o solo 24. O material de enchimento 62 pode incluir areia e/ou cascalho. O material de enchimento 62 pode também incluir o catalisador 64, tal como óxido de alumínio. O catalisador 64 pode ser um componente do material de enchimento para tanto os poços de produção 24 como para os poços de injeção de calor 26.0 material de enchimento 62 pode ser aquecido para remover umidade antes de ser inserido através do tubo de enchimento. O material de enchimento 62 pode ser armazenado em um monte na superfície de solo 40, para promover o corrimento da água para longa do elemento aquecedor 56. O poço de termopar 106 pode ser posicionado no material de enchimento 62, entre as pernas 70 do elemento aquecedor com formato de U 56. Um termopar colocado no poço de termopar 106 pode ser usado para medir a temperatura entre as pernas 70 do elemento aquecedor 56 durante a recuperação do solo. O termopar pode ser abaixado ou levantado para determinar temperaturas em profundidades selecionadas. Alternativamente, o termopar pode se fixado dentro do poço de termopar. Em uma versão representada na Figura 4, o poço de termopar 106 é tubulação de aço inoxidável com diâmetro de 0,64 cm, que é inserida dentro do centro de uma tubulação interna de vácuo de aço inoxidável com diâmetro de 4 cm 60. Um termopar posicionado dentro do poço de termopar 106 pode ser usado para monitorar a temperatura de um elemento aquecedor 56 adjacente à tubulação interna 60.

Material de enchimento seco pode necessitar ser acondicionado dentro de um poço de uma maneira substancialmente uniforme. O material de enchimento seco pode necessitar ser usado para evitar formação de vãos e/ou sedimentação do material de enchimento quando a água dentro do material de enchimento evapora-se. Se um vão existe dentro do material de enchimento, uma perna do elemento aquecedor pode expandir-se para dentro do vão quando o elemento aquecedor expande- se. Se uma perna de um elemento aquecedor expande-se para dentro de um vão, a perna pode contatar a ou aproximar-se da perna oposta do elemento aquecedor. Se a perna contatar a perna oposta, o elemento aquecedor pode encurtar-se e falhar. Se a perna aproximar-se da perna oposta, eletricidade pode centelhar para a perna oposta e fazer com que o elemento aquecedor falhe.

Se um elemento aquecedor 56 for para ser um elemento aquecedor radiante, o elemento aquecedor pode incluir o topo 108 como representado na Figura 13.0 topo 108 pode ser atarraxado em uma tubulação interna de aquecimento 66, próximo da superfície do solo 40, ou o topo pode ser soldado à tubulação interna de aquecimento, para formar uma cabeça de poço para o elemento aquecedor. Se a tubulação interna for uma tubulação interna de aquecimento fechada 66, a tubulação interna pode ser enchida com um gás. Em algumas versões, o gás pode aumentar a condução térmica entre o elemento aquecedor 56 e a tubulação interna 66, para melhorar o tempo de resposta ao aquecimento durante o aquecimento inicial. Em algumas versões, o gás pode ser um inibidor de corrosão. O topo 108 pode incluir as aberturas110. Um tubo de enchimento pode ser colocado em uma primeira abertura e o gás pode ser escoado para dentro da tubulação interna 66. O gás, originalmente dentro da tubulação interna 66, pode escoar para fora da segunda abertura. Quando o gás desejado preenche a tubulação interna 66, a segunda abertura pode ser obstruída, o tubo pode ser removido e a primeira abertura pode ser obstruída.

Se o elemento aquecedor 56 for para ser colocado em um poço aberto, como representado na Figura 9, cimento 112 ou outro tipo de método ou dispositivo de fixação pode fixar a tubulação interna 66 ao solo 24.0 topo108 pode ser roscado ou soldado à tubulação interna 66.

A Figura 15 mostra uma vista em planta de uma versão de um leiaute para elementos aquecedores 56 posicionados dentro de valas. Os elementos aquecedores 56, colocados dentro das valas, podem ser colocados em longas fileiras. Para os elementos aquecedores 56 que condutivamente aquecem o material adjacente, mais do que um elemento aquecedor pode ser colocado em uma única vala, contanto que uma distância entre os elementos aquecedores, material de enchimento ou espaçadores assegure que os elementos aquecedores não tocarão ou ficarão próximos o bastante entre si para centelharem. Para elementos aquecedores que radiativamente aquecem uma tubulação interna de aquecimento, mais do que um elemento aquecedor pode ser colocado dentro de uma única tubulação interna de aquecimento. Os elementos aquecedores 56 podem ser colocados em valas que foram formadas por uma máquina de escavar valas. Após os elementos aquecedores 56 serem posicionados dentro das valas e eletricamente unidos a uma fonte de energia, as aparas formadas quando fazendo a vala podem ser usadas para compactar as valas. Um sistema de vácuo pode ser instalado, uma cobertura pode ser colocada sobre a área de tratamento e o sistema pode ser energizado. Os elementos aquecedores colocados dentro das valas podem ser usados para tratar contaminação de solo de baixa profundidade, que fique dentro de cerca de 2 metros da superfície do solo 40. Os elementos aquecedores, posicionados dentro das valas, podem ter longos comprimentos que se estendam através do solo contaminado 76. Em certas versões, as fileiras de elementos aquecedores 56 podem ser separadas por distâncias iguais a cerca de duas vezes a profundidade de inserção do elemento aquecedor dentro do solo 24.

Um elemento aquecedor 56 pode ser colocado dentro do solo .24, a fim de que uma parte da seção aquecedora 84 fique abaixo do solo contaminado e uma parte da seção aquecedora fique acima do solo contaminado 76. A parte da seção aquecedora 84 abaixo do solo contaminado .76 pode ficar a um ou mais pés de profundidade. O aquecimento de uma seção de solo não contaminado 74, abaixo do solo contaminado 76, pode impedir a queda de temperatura na interface 72. A área de seção transversal do elemento aquecedor 56, adjacente às interfaces de contaminação 72, pode ser pequena ou pode ser feita de um diferente material, a fim de que mais calor seja difundido para dentro do solo adjacente às interfaces. A difusão de mais calor adjacente às interfaces pode promover uma distribuição de temperatura mais uniforme por todo o solo contaminado 76.

Para implementar um processo de recuperação do solo ISTD, tal como o processo representado na Figura 1, os poços podem ser posicionados dentro do solo. Os poços podem ser instalados colocando-os dentro de aberturas perfuradas, cravando-se e/ou formando-se vácuo, os poços dentro do solo ou por qualquer outro método de instalar poços dentro do solo. Os poços podem ser poços de produção 22, poços de injeção de calor .26, poços de injeção de fluido 28 e/ou poços de teste 30. Um anel ou anéis de poços de retirada de água podem ser instalados em torno de um perímetro da área a ser tratada. Os poços de retirada de água podem ser operados para remover água da área de tratamento e para inibir influxo de água para dentro da área de tratamento. Em algumas versões, os poços de produção e/ou poços de injeção de fluido (e possivelmente outros tipos de poços) podem ser conectados a bombas de retirada de água, a fim de que a área de tratamento tenha água removida rápida e eficientemente.

Os poços de injeção de calor 26 e os poços de produção 22, que incluem elementos aquecedores, podem ser acoplados a controladores (se necessário) e a uma fonte de energia 46 ou fontes de energia. Os poços de produção 22 podem ser acoplados a um sistema de coleta de vapor 36. O sistema de coleta de vapor 36 pode ser conectado à instalação de tratamento 34. Outros poços, tais como poços de injeção de fluido 28 e poços de teste 30, podem ser acoplados a equipamento apropriado. Em algumas versões, a instalação de tratamento 34 pode ser empregada para começar a remover gás desprendido do solo 24. Os poços de injeção de calor e os poços de produção 22, que incluem elementos aquecedores, podem ser energizados para começar a aquecer o solo 24. O aquecimento pode ser continuado até que o solo alcance uma temperatura média desejada por um espaço de tempo desejado. A temperatura média desejada pode ser ligeiramente mais elevada do que o ponto de ebulição de um contaminante de elevado ponto de ebulição dentro do solo 24. A temperatura média desejada pode ser acima pode ser acima de 100°C 400°C, 600°C ou mais elevada. O espaço de tempo desejado pode ser dias, semanas, meses ou mais longo. O espaço de tempo desejado deve ser suficiente para permitir remoção de contaminante do solo 24.

Os poços que injetam calor dentro do solo 24 podem ser desenergizados após término da recuperação de solo de uma área de tratamento desejada. Se a área de tratamento for somente uma parte de uma área de tratamento maior, a seção seguinte pode ser processada. Uma parte do calor aplicado a uma primeira seção pode ser usada para aquecer uma segunda seção que é para ser tratada. O calor pode ser recuperado da primeira seção passando-se um fluido de transferência de calor para dentro dos poços de uma primeira seção, para aquecer o fluido de transferência, e em seguida passando-se o fluido de transferência de calor para dentro da segunda seção, para aquecer a segunda seção. Alternativamente, água pode ser injetada dentro dos poços de produção selecionados e vapor pode ser produzido por outros poços de produção. O vapor pode ser usado como um fluido de transferência de calor para aquecer o solo em uma segunda seção que é para ser recuperada. O solo tratado pode também ser permitido gradualmente resfriar durante o tempo. Os poços (injeção de calor, injeção de fluido, produção e/ou teste) podem removidos do solo. Partes dos ou todos os poços podem ser reutilizáveis.

A Figura 16 mostra dados elétricos para um elemento aquecedor com formato "U" posicionado dentro de um poço de injeção de calor para um teste de décimo-primeiro dia. A energia iniciou a cerca de 1640 Watts/m e diminuiu para um valor de estado constante de cerca de 1245 W/m após cerca de 20 horas de operação. A diminuição da energia reflete o aquecimento e secagem da areia e solo adjacentes aos elementos aquecedores. A Figura 17 mostra a elevação de temperatura ou o elemento aquecedor como medido por um termopar posicionado entre as pernas do elemento aquecedor. A Figura 18 mostra o aumento calculado de resistência do elemento aquecedor em função do tempo. Quando a resistência aumenta durante as primeiras 20 horas, a dissipação de energia da seção aquecedora diminui. Um aumento da resistência pode também ser um resultado de perda de metal por corrosão. Entretanto, muito pouca corrosão foi observada após mais do que10 dias de operação. A Figura 19 mostra valores de potencial de terra medido em estacas de cobre localizadas 7 polegadas (0,18 m) e 14 polegadas (0,36 m) afastadas do poço de injeção de calor. O potencial terra inicial foi somente de 0,5 V e é diminuído para um nível de fundo de 40 mV após cerca de 20 horas de operação, quando a areia e o solo secaram. A areia e o solo secos foram excelentes isoladores elétricos.

Mais modificações e versões alternativas de vários aspectos da invenção serão evidentes para aqueles hábeis na técnica, em vista desta descrição. Portanto, esta descrição é para ser interpretada como ilustrativa somente e é para fins de ensinar aqueles hábeis na técnica a maneira geral de realizar a invenção. Deve ser entendido que as formas da invenção mostradas e descritas aqui são para ser tomadas como exemplos das versões. Elementos e materiais podem substituir aqueles ilustrados e descritos aqui, partes e processos podem ser revertidos e certos aspectos da invenção podem ser utilizados independentemente, tudo como seria evidente para uma pessoa hábil na técnica, após ter o benefício desta descrição da invenção. Mudanças podem ser feitas nos elementos descritos aqui, sem desvio do espírito e escopo da invenção, como descritos nas reivindicações anexas.

Claims (29)

1. Poço aquecedor, compreendendo: um elemento aquecedor metálico (56), posicionado em uma abertura do solo, onde o elemento aquecedor compreende uma seção de aquecimento de metal nu (56, 84); e, uma fonte de energia (46) eletricamente acoplada ao elemento aquecedor (56), onde a fonte de energia (46) provê eletricidade para o elemento aquecedor (56) para resisti vãmente aquecer a seção de aquecimento, caracterizado pelo fato de que a seção de aquecimento de metal nu (56, 84) compreende um metal possuindo características de aquecedor auto-regulante.

2. Poço aquecedor de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o elemento aquecedor (56) compreende uma seção de aquecimento de metal nu (56, 84) possuindo características de resistividade auto-regulantes dentro de uma faixa de temperatura operacional da temperatura do solo ambiente inicial ate 875°C.

3. Poço aquecedor de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a seção de aquecimento de metal nu (56, 84) compreende aço inoxidável 304.

4. Poço aquecedor de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a seção de aquecimento de metal nu (56, 84) compreende aço inoxidável 310 ou 316.

5. Poço aquecedor de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o elemento aquecedor (56) prove calor radiante para o solo (24) e/ou uma tubulação interna de poço (60) e/ou prove calor condutivo para o material de enchimento (62) e/ou o solo (24).

6. Poço aquecedor de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que o material de enchimento (62) compreende catalisador (64) para promover a degradação dos contaminantes.

7. Poço aquecedor de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o elemento aquecedor (56) é colocado dentro de um uma tubulação interna de poço aquecedor (60) que inibe o contato do fluido do solo (24) com o elemento aquecedor (56).

8. Poço aquecedor de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de compreende ainda uma tubulação interna (60) adjacente ao elemento aquecedor (56), a tubulação interna (60) tendo pelo menos uma abertura de tubulação interna (58) para permitir que gás desprendido passe para dentro da tubulação interna (60).

9. Poço aquecedor de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o elemento aquecedor (56) compreende um elemento aquecedor radiativo suspenso que compreende uma seção de suporte (60) formada de um metal resistente à fluência, cuja seção de suporte compreende opcionalmente uma parte da seção aquecedora (56, 84).

10. Poço aquecedor de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a abertura compreende uma vala.

11. Poço aquecedor de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a seção aquecedora (56, 84) compreende uma primeira seção e uma segunda seção, com a primeira seção dissipando mais calor do que a segunda seção.

12. Poço aquecedor de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que a primeira seção é posicionada próximo a uma interface entre o solo contaminado e o solo não-contaminado e a segunda seção é posicionada adjacente ao solo contaminado.

13. Poço aquecedor de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende um elemento aquecedor radiativo (56) para aquecer o solo que compreende: uma seção de suporte (60) configurada para acoplar-se a uma cabeça de poço (41) para suportar o elemento aquecedor (56); uma seção aquecedora (56, 84) formada de metal nu; e, seções de pino (68) configuradas para acoplarem o elemento aquecedor (56) a uma fonte de energia (46) elétrica.

14. Poço aquecedor de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo fato de que o elemento aquecedor (56) compreende ainda seções de transição (86) entre a seção aquecedora (56, 84) e as seções de pino (68), permitindo que as seções de pino (68) fiquem em temperaturas menores do que uma temperatura da seção aquecedora (56, 84).

15. Poço aquecedor de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo fato de que uma parte da seção aquecedora (56, 84) é a seção de suporte.

16. Poço aquecedor de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo fato de que o elemento aquecedor (56) compreende ainda espaçadores eletricamente isolantes (68) posicionados ao longo de uma extensão do elemento aquecedor (56, 84).

17. Poço aquecedor de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo fato de que a seção de aquecimento (56, 84) compreende uma primeira seção e uma segunda seção, onde a primeira seção tem uma resistividade mais elevada do que a segunda seção, com a segunda seção dissipando mais calor do que a primeira seção.

18. Poço aquecedor de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo fato de que a seção de aquecimento (56, 84) compreende uma primeira seção e uma segunda seção, sendo o elemento aquecedor (56) suspenso pela primeira seção, onde a primeira seção é feita de um material tendo mais elevada resistência à fluência em alta temperatura do que a segunda seção.

19. Poço aquecedor de acordo com qualquer uma das reivindicações 13 a 18, caracterizado pelo fato de que o elemento aquecedor (56) fica posicionado no solo (24), sendo provido ainda com: uma ou mais tubulações internas (60) posicionadas dentro do solo (24), onde cada uma das uma ou mais tubulações internas (60) inclui pelo menos uma abertura (58) adjacente ao solo (24) permitindo que o gás desprendido penetre dentro da tubulação interna (60); um sistema de vácuo (42) acoplado à uma ou mais tubulações internas (60), cujo sistema de vácuo (42) é configurado para puxar gás desprendido do solo (24) através das aberturas (58) das uma ou mais tubulações internas (60); e, um sistema de coleta de vapor (26) configurado para transportar gás desprendido do solo (24) para uma instalação de tratamento (34), o sistema de coleta de vapor (26) compreendendo uma mangueira flexível (52) que conduz o gás desprendido para um tubo de distribuição de vácuo (56).

20. Poço aquecedor de acordo com a reivindicação 19, caracterizado pelo fato de que o tubo de distribuição de vácuo (54) compreende uma tubulação plástica.

21. Poço aquecedor de acordo com a reivindicação 19, caracterizado pelo fato de que pelo menos um elemento aquecedor (56) é posicionado coincidente com pelo menos uma das tubulações internas (60).

22. Poço aquecedor de acordo com a reivindicação 19, caracterizado pelo fato de que o elemento aquecedor (56) compreende um metal tendo características de resistividade auto-regulantes dentro de uma faixa de temperatura operacional da temperatura do solo ambiente inicial até875°C.

23. Poço aquecedor de acordo com a reivindicação 22, caracterizado pelo fato de que o metal compreende aço inoxidável 304, 310 ou 316.

24. Método para termicamente recuperar o solo, compreendendo as etapas de: aquecer o solo (24) por uma pluralidade de elementos aquecedores (56) de resistência elétrica, de metal nu, para elevar uma temperatura média do solo (24) para uma temperatura de recuperação; e, remover gás desprendido do solo (24), caracterizado pelo fato de que a etapa de aquecer o solo é realizada com pelo menos um elemento aquecedor (56) como o definido em qualquer uma das reivindicações 13 a 18.

25. Método de acordo com a reivindicação 24, caracterizado pelo fato de que os elementos aquecedores (56) de metal nu são colocados dentro do solo (24) por cravação e/ou vibração dos elementos dentro do solo (24).

26. Método de acordo com a reivindicação 24, caracterizado pelo fato de que os elementos aquecedores (56) de metal nu são colocados dentro de valas no solo (24).

27. Método de acordo com a reivindicação 24, caracterizado pelo fato de que mais do que um elemento aquecedor (56) é colocado em cada vala.

28. Método de acordo com a reivindicação 24, caracterizado pelo fato de compreender ainda as etapas de: inserir pelo menos um poço de sucção (22) dentro do solo (24); e, fixar pelo menos um poço de sucção (22) a uma fonte de vácuo (42).

29. Método de acordo com a reivindicação 24, caracterizado pelo fato de que os poços de sucção (22) são coincidentes com os elementos aquecedores (56).