CN102395654B - 从密闭渗透性控制基层结构回收烃的对流加热系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种构造化的渗透性控制基层结构(100)，其可包括限定基本密闭体积的渗透性控制蓄积池。基层结构(100)也可包括密闭体积内的粉碎含烃材料。粉碎含烃材料可形成含烃材料的可渗透体(120)。基层结构(100)可进一步包括在可渗透体(120)的较低部分中定向的至少一个对流驱动导管，从而生成遍及可渗透体(120)的整体对流流型。从含烃材料中回收烃的相关方法可包括形成构造化的渗透性控制基层结构(100)，其限定基本密闭体积。粉碎含烃材料可被引入控制基层结构(100)以形成含烃材料的可渗透体(120)。加热流体可以整体对流流型经过整个可渗透体(120)，以从可渗透体(120)中去除烃。可收集去除的烃以便进一步加工和/或使用。

Description

从密闭渗透性控制基层结构回收烃的对流加热系统

相关申请

本申请要求提交于2009年2月12日的美国临时专利申请No.61/152,141的优先权，该临时专利申请也通过引用合并于此。

技术领域

背景技术

尽管有价格上涨和其它经济与地理政治方面的因素，化石燃料的全球和国内需求持续上升。由于这样的需求持续上升，因此寻找化石燃料的另外经济可行的来源的研究和调查相应增加。历史上，许多人已认识到例如油页岩、煤和沥青砂矿层中储藏的巨量能量。然而，这些来源仍然在经济竞争性回收方面存在困难的挑战。加拿大沥青砂已表明这样的努力可能是有成效的，尽管仍有许多挑战，其包括环境影响、产物质量、生产成本和加工时间等。

估计世界各地的油页岩储量在两万亿桶到近七万亿桶石油的范围内，这取决于估计来源。无论如何，这些储量表现为极大的容量并且仍是基本未使用的资源。大量公司和调查员继续研究和试验从这样的储量中回收石油的方法。在油页岩工业中，提取方法包括通过爆炸产生的地下碎石通道、原位方法例如原位转化工艺(ICP)方法(壳牌石油公司Shell Oil)以及在钢制干馏器内加热。其它方法包括原位射频法(微波)以及“修正”原位工艺，其中已经结合使用地下采矿、爆破和干馏以从地层中制造碎石，从而允许更好的传热和产物去除。

在典型的油页岩工艺中，所有工艺都面临经济和环境因素的权衡。当前没有工艺单独满足经济、环境和技术挑战。此外，全球变暖的问题引发解决与这类工艺相关的二氧化碳(CO₂)排放的额外措施。需要实现环境管理(environmental stewardship)而仍提供高产量成本有效的石油生产的方法。

地下原位概念的出现基于其产出高产量且同时避免采矿成本的能力。尽管可以实现因避免采矿导致的成本节省，但由于固体油页岩的极低的导热性和高比热，因此原位方法需要较长时间加热地层。对于任何原位工艺来说，最重大的挑战也许是不确定性和可能伴随地下淡水含水层出现的长期潜在的水污染。在Shell的ICP方法的情况下，“冷冻壁”被用作屏障，从而维持含水层(aquifer)和地下处理区之间的分离。尽管这是可能的，但没有长期分析证明可长期保证防止污染。在没有保证以及甚至在较少补救的情况下，如果冷冻壁失败，那么期望其它方法解决这样的环境危险。

因为该原因和其它原因，仍需要可以提供改善的从合适含烃材料中回收烃的方法和系统，该方法和系统具有可接受的经济性并避免上面提到的缺点。

发明内容

一种从含烃材料中回收烃的方法可以包括形成构造化渗透性控制基层结构。该构造化基层结构限定基本密闭体积。开采或粉碎的含烃材料可以被引入该控制基层结构以形成含烃材料的可渗透体。可以通过以足够从可渗透体中去除烃的方式使加热流体以整体对流流型经过整个可渗透体来加热可渗透体。可以通过在可渗透体的较低部分中定向的至少一个对流驱动导管生成整体对流流型。在加热期间含烃材料可以基本静止。可以收集去除的烃以便进一步加工、在工艺中用作补充燃料或添加剂和/或直接使用而不需进一步处理。

该方案可以允许解决涉及从地表或地下采出的含烃矿床(例如油页岩、沥青砂、褐煤和煤)以及从收获的生物质中提取烃液体和气体的困难问题。除其他优点外，该方案可以帮助降低成本、增加输出容量、减少空气排放、限制水消耗、防止地下含水层污染、修整地表扰动、减少材料处理成本、去除脏的细颗粒以及改善回收的含烃液体或气体的组成。该方案也可以用更安全、更可预测、构造的、可观察、可修理、适应的和可预防的水体保护结构来解决水污染问题。

附图说明

图1是根据一个实施例的构造化渗透性控制基层结构的侧面部分剖视示意图。

图2A和2B是根据一个实施例的多个渗透性控制蓄积池的顶视图和平面图。

图3是根据一个实施例的渗透性控制蓄积池的侧面剖视图。

图4是根据一个实施例的构造化基层结构的一部分的示意图。

图5是示出根据另一实施例的两个渗透性控制蓄积池之间的热传递的示意图。

应该注意，附图仅是本发明的若干实施例的示范，并由此无意限制本发明的范围。进一步地，附图通常不按比例绘制，而是为了方便并清晰地图解本发明的各方面草拟的。

具体实施方式

现在参考示例性实施例，并且在此使用特定语言描述这些示例性实施例。然而应理解在此无意限制本发明的范围。在相关领域中拥有本公开内容的技术人员容易想到的在此描述的本发明特征的替换和进一步修改以及在此描述的本发明原理的其他应用应被视为在本发明的范围内。进一步地，在公开和描述本发明的具体实施例之前，应理解本发明不限于在此公开的具体工艺和材料，因为这些可以在一定程度上变化。同样应理解在此使用的术语仅用于描述具体实施例，并且无意进行限制，因为本发明的范围仅由随附的权利要求及其等价物限定。

定义

在描述和要求保护本发明时，将使用下面的术语。

单数形式“一”、“一个/一种”和“所述/该”包括复数指代，除非上下文另外明确规定。因此，例如，对“(一个)壁”的指代包括指代一个或更多个这样的结构，“(一种)可渗透体”包括指代一种或多于一种这样的材料，以及“(一个)加热步骤”指代一个或多于一个这样的步骤。

如在此使用，“现有参考水准面(grade)”或相似术语指代参考水准面或平面，其平行于含有如在此描述的基层结构的位置的局部表面地形，该基层结构可以在现有参考水准面之上或之下。

如在此使用，“导管”指代沿特定距离的任何通路，其可以用来从一个点向另一点运送材料和/或传热。尽管导管通常可以是圆形管道，但其它非圆形管道也可能是有用的。导管可以有利地用来引入流体到可渗透体内或从该可渗透体抽取流体、进行传热和/或运输射频器件、燃料电池机构、电阻加热器或其它器件。

如在此使用，“对流驱动导管”指代特定类型的导管，其可用来从一个点传热到另一点，以及在密闭体积内生成对流热流。

如在此使用，“构造化基层结构”指代基本上全部人造的结构，其与通过修改或填充现有地质地层的孔隙形成的冷冻壁、硫壁或其它屏障相反。

构造化渗透性控制基层结构经常基本不含原状地质地层，尽管该基层结构可以邻近或直接接触原状地层形成。这样的控制基层结构可以是独立的或通过机械手段、化学手段或此类手段的结合固定到原状地层，例如使用锚、系材或其它合适的硬设备栓接到地层。

如在此使用，“粉碎的”指代使地层或较大团块破裂为碎块。粉碎的团块可以被破碎或以其他方式破裂为碎片。

如在此使用，“含烃材料”指代可以从其中提取或得到烃产物的任何含烃材料。例如，烃可以作为液体被直接提取、经溶剂提取被去除、被直接蒸发或以其他方式从该材料中去除。然而，许多含烃材料含有通过加热和高温分解转化为烃的干酪根或沥青。含烃材料可以包括但不限于油页岩、沥青砂、煤、褐煤、沥青、泥煤和其它有机材料。

如在此使用，“蓄积池”指代经设计容纳或保持流体和/或固体可移动材料的累积的结构。蓄积池通常源于地层的至少一大部分和源自土地材料的结构支撑。因此，控制壁不总是具有与形成它们的土地材料和/或地层无关的独立强度或结构完整性。

如在此使用，“可渗透体”指代具有相对高渗透性的粉碎的含烃材料的任何团块，该相对高的渗透性超过相同组成的固体原状地层的渗透性。合适的可渗透体可以具有大于约10％的空隙空间，并通常具有从大约30％到45％的空隙空间，尽管其它范围也可能是合适的。例如通过合并大的不规则成形颗粒，允许高渗透性有利于以对流作为主要传热方式对可渗透体进行加热，同时也大大降低与压碎成非常小的尺寸(例如低于大约1英寸到大约0.5英寸)相关的成本。

如在此使用，“壁/墙壁”指代具有渗透性控制作用以将材料限制在至少部分由控制壁定义的密闭体积内的任何构造化特征。壁/墙壁可以以任何方式定向，例如垂直，但定义该密闭体积的顶部、底部和其它轮廓也可以是如在此使用的“壁/墙壁”。

如在此使用，“采出/开采的(材料)”指代从原始色谱分离位置或地质位置移到或扰动到第二不同位置或返回到相同位置的材料。通常，可以通过破碎、压碎、爆炸引爆或其它方式从地质地层中去除材料来产生采出的材料。

如在此使用，“整体对流流型(bulk convective flow pattern)”指代跨越大部分可渗透体的对流加热流动。通常，通过在所限定体积的较低或底部部分中定向一个或更多个导管或热源来生成对流流动。通过以此方式定向该导管，加热流体可以沿含烃材料的可渗透体占据的体积的大部分以再循环型式向上流动且冷却流体向下回流。

如在此使用，“基本静止”指代在从密闭体积内的含烃材料中去除烃从而留下贫矿材料(lean material)时几乎静止的材料定位，其允许一定程度的下沉、膨胀和/或沉降。相反，含烃材料的任何循环和/或流动，例如在流化床(fluidized bed)或旋转干馏器中发现的循环和/或流动包括含烃材料的极其显著的移动和处理。

如在此使用，在提到材料的量或数量或其特定特征时所用的“基本”一词指代足以提供该材料或特征有意提供的效果的量。可允许的精确的偏差度在一些情况下可能取决于特定的上下文。类似地，“基本不含……”等指代在组合物中缺乏所确定的元素或试剂。特别地，被确定为“基本不含”的元素或者完全不存在于组合物中，或者仅含有足够小的量以至对该组合物没有可测量影响。

如在此使用，“大约”指代基于特别是所确定的具体属性的实验误差的偏差度。术语“大约”提供的范围将取决于具体的上下文和具体属性，并可以由本领域技术人员容易辨别。术语“大约”无意扩展或限制可另外赋予具体值的等价程度。进一步地，除非另外说明，否则术语“大约”明确包括“精确地”，与下面关于范围和数字数据的讨论一致。

浓度、尺寸、数量和其它数字数据在此可以用范围形式呈现。应理解这样的范围形式仅为方便和简洁使用，并应该灵活解释为不仅包括作为该范围的界限明确表述的数值，而且包括包含在该范围内的全部单个数值或子范围，如同每个数值和子范围都被明确表述。例如，大约1到大约200的范围应该解释为不仅包括明确表述的1和200的界限，而且包括单个大小例如2、3、4，以及子范围例如10到50、20到100等。

如在此使用，为方便起见，多个项目、结构元素、组成元素和/或材料可以在共同列表中呈现。然而，这些列表应该理解为如同该列表的每个组分都各自被确定为单独且唯一的组分。因此，在没有相反表示的情况下，此类列表的单个组分都不应仅基于它们呈现在一个共同组中而被解释为同样列表的任何其它组分的实际等价物。

对流加热系统

从含烃材料中回收烃的方法可以包括形成构造化渗透性控制基层结构。该构造化基层结构限定基本密闭体积。粉碎、开采或收获的含烃材料可被引入该控制基层结构以形成含烃材料的可渗透体。可通过使加热流体以整体对流流型经过整个可渗透体来加热可渗透体，以便基本从其中去除烃。在加热期间，由于构造化基层结构是固定结构，因此含烃材料可以基本静止。可收集去除的流体烃以便进一步加工、在加工过程中使用和/或在回收时使用。

可以通过使用现有参考水准面(grade)作为该构造化基层结构的底部支撑和/或作为侧壁支撑，形成构造化渗透性控制基层结构。例如，控制基层结构可以被形成为独立式结构，即仅使用现有参考水准面作为底部，其中侧壁是人造的。可替换地，控制基层结构可以在挖掘的坑内形成。

构造化渗透性控制基层结构可以包括限定基本密闭体积的渗透性控制蓄积池。渗透性控制蓄积池可以基本不含原状地质地层。特别地，蓄积池的渗透性控制方面可以被完全构造化并人造为单独的隔绝机构，以便防止材料不受控制地迁移到密闭体积内或移出密闭体积。

在一个方面，渗透性控制蓄积池可以沿挖掘的含烃材料矿床的壁形成。例如，油页岩、沥青砂或煤可以从矿床采出，从而形成大约对应于期望的蓄积池密闭体积的空穴。然后挖掘的空穴可以被用作构建渗透性控制蓄积池的形状和支撑体。

在一个可替换方面，可以形成至少一个另外的已挖掘含烃材料矿床，从而使得可以操作多个蓄积池。此外，这样的配置可以有利于减小采出材料的运输距离。特别地，任何具体密闭体积的粉碎或采出含烃材料可以从邻近的已挖掘含烃材料矿床中采出。这样，可以建造构造化结构的网格，从而使得采出的材料可以立即且直接填充到邻近的蓄积池中。

可以通过使用任何合适技术，来实现含烃矿床的开采和/或挖掘。可以使用常规的露天开采，尽管也可以使用可替换的挖掘机而不需要运输采出的材料。在一个特定实施例中，可以使用起重机悬挂的挖掘机挖掘含烃矿床。合适的挖掘机的一个示例可以包括垂直隧道掘进机(boring machine)。这样的机器可以被配置为挖掘在挖掘机下面的岩石和材料。随着材料被去除，挖掘机被降低以确保与地层基本连续接触。去除的材料可以利用运输机或升降机输送出挖掘区。可替换地，挖掘可以在含水泥浆的条件下发生，从而降低灰尘问题并充当润滑剂/冷却剂。泥浆材料可以被泵出挖掘处，以便在沉降槽或其它类似的固体-液体分离器中进行固体分离，或可以允许固体在蓄积池中直接沉淀。该方法可以容易地与金属和其它材料的同时或顺次的基于溶液的回收整合，如下面更详细描述。

此外，渗透性控制蓄积池的挖掘和形成可以同时实现。例如，挖掘机可以被配置为在去除含烃材料的同时形成蓄积池的侧壁。材料可以仅从侧壁边缘下面去除，从而使得该侧壁可以被向下引导，从而允许另外的墙壁段堆叠在上面。该方法可以允许增加深度的同时在支撑性蓄积池壁形成之前避免或降低坍塌的风险。

蓄积池可以由提供隔绝穿过蓄积池壁的材料传递的任何合适材料形成。这样，在控制基层结构操作期间，壁的完整性被保持为足以基本防止流体不受控制地迁移到控制基层结构的外面。用来形成构造化渗透性控制基层结构的蓄积池的合适材料的非限制性示例可以包括粘土、膨润土(例如包含至少一部分膨润土的粘土)、膨润土改良土壤、压实填充物、耐火水泥、水泥、合成的土工栅格、玻璃纤维、钢筋、纳米碳富勒烯(fullerene)添加剂、填充的土工布袋、聚合物树脂、耐油的PVC衬里或其结合。经改造的类水泥复合物(ECC)材料、纤维增强的复合物等可以是特别坚固的并可以容易地改造，从而满足给定装置的渗透性和温度容限需求。作为一般方针，尽管非必需，但在基层结构的操作温度下具有低渗透性和高机械完整性的材料可以提供优良性能。例如，熔点高于基层结构的最大操作温度的材料可能对在加热和回收期间以及之后维持防漏(containment)是有用的。然而，如果非加热缓冲区被维持在壁与可渗透体的加热部分之间，那么也可以使用较低温度的材料。这样的缓冲区可以在从6英寸到50英尺的范围内，其取决于用于蓄积池的特定材料和可渗透体的组合物。在另一方面，蓄积池的壁可以耐酸、耐水和/或耐盐水，例如足以耐受暴露于溶剂回收和/或用酸性或盐水溶液漂洗，以及耐受蒸汽或水。对于沿地层或其它固体支撑体形成的蓄积池壁，该蓄积池壁可以由喷涂水泥浆、喷涂液体乳液或其它喷射材料例如可喷涂的耐火级水泥浆形成，该可喷涂的耐火级水泥浆针对地层形成密封并创建渗透性控制蓄积池壁。蓄积池壁可以基本连续，以使蓄积池限定密闭体积从而防止流体出入除所定义的进口和出口以外的蓄积池(例如经由在此讨论的导管等)的实质移动。这样，蓄积池可以容易地满足管理流体迁移规章(government fluid migration regulations)。可替换地或与制造的屏障结合，部分蓄积池壁可以是原状地质地层和/或压实土地。在此情况下，构造化渗透性控制基层结构是可渗透壁和不可渗透壁的结合，如在下面更详细描述。

在一个详细方面，经前处理或后处理的一部分含烃材料可以用作水泥加固和/或水泥基底，其然后在合适位置被倾注，从而形成控制基层结构的部分壁或全部壁。这些材料可以被形成在合适位置，或可以被预形成然后在现场被组装，以形成整体蓄积池结构。例如，蓄积池可以通过在合适位置铸造形成为单一体、挤压件、预形成件或预制件的堆叠、通过水泥浆(水泥、ECC或其它合适材料)连结的混凝土板材、膨胀外形体/形式(form)等来建造。这些外形体可以依地层建造或者可以是独立结构。这些外形体可以由任何合适材料建造，例如但不限于钢、木材、玻璃纤维、聚合物等。这些外形体可以在合适位置被组装，或者可以使用起重机或其它合适机构被定向。可替换地，构造化渗透性控制基层结构可以由用致密填充材料按层组装的篾筐和/或土工合成织物形成。可以添加任选的粘合剂来增强渗透性控制壁的致密性。在另一详细方面，控制基层结构可以包含或主要由密封剂、水泥浆、钢筋、合成粘土、膨润土、粘土衬层、耐火水泥、高温土工膜、排水管、合金片或其组合构成。

蓄积池壁可以任选地包括不可渗透的绝缘体和/或细粉(fines)收集层。这些可渗透层可以在渗透性控制屏障和可渗透体之间定向。例如，可以提供含烃粉碎材料的层，其允许流体进入层内、在层内冷却并且至少部分冷凝。此类可渗透层材料通常可以具有小于可渗透体的颗粒尺寸。此外，此类含烃材料可以经各种吸引力从经过的流体中去除细粉。在一个实施例中，蓄积池壁和底部的构造可以包括固有的或受控的低质页岩与砂、水泥、纤维、植物纤维、纳米碳、碎玻璃、增强钢、改造的碳增强栅格、钙盐等的任何组合的多个压实层。除这样的复合材料壁之外，可以采用通过额外不渗透性工程来抑制长期的流体和气体迁移的设计，其包括但不限于衬里、土工膜、压实土、输入砂、砂砾或岩石和重力排水外形，从而使流体和气体远离不透水层移动到出口。由于采矿过程的情况可以规定遵循最优矿石品级采矿，因此蓄积池底部和壁构造可以但不需要包含上阶或下阶的斜坡或台阶。在任何这样的上阶或下阶的应用中，底部取平和防漏壁构造通常可以向一侧或特定的(多个)中央储集区排出或倾斜，从而通过重力排水帮助去除流体。

任选地，密闭容器(capsule)壁和底部结构可以包括绝缘体，其防止热从构造化基层结构向外传递，或从主构造化密闭防漏容器内的内部密闭容器或导管向外传递。绝缘体可以包含人造材料、水泥或各种其它材料，其比周围物体即可渗透体、地层、邻近基层结构等的导热性小。绝热屏障也可以在可渗透体内、沿蓄积池壁、顶部和/或底部形成。一个详细方面包括使用可生物降解的绝缘材料，例如大豆绝缘体等。这与其中蓄积池是单一用途体系以使绝缘体、管道和/或其它组件可以具有相对低的使用寿命(例如小于1-2年)的实施例一致。这可以降低设备成本，并减少长期环境影响。

这些结构和方法可以在几乎任何规模下应用。较大的密闭体积和增加的蓄积池数目可以容易地产生相当于或超过较小构造化基层结构的烃产物和性能。作为说明，单蓄积池的尺寸范围可从数十米到数十英亩。优选的蓄积池尺寸可以根据含烃材料和操作参数而变化，然而，预期合适的面积范围可以是从大约二分之一英亩到五英亩的顶部平面表面积。

这些方法和基层结构可以用来从多种含烃材料中回收烃。一个具体优点是在控制引入密闭体积的可渗透体的颗粒尺寸、条件和组成方面的宽自由度。可以被处理的采出的含烃材料的非限制示例包含油页岩、沥青砂、煤、褐煤、沥青、泥煤或其组合。在一些情况下，可能期望提供单一类型的含烃材料，从而可渗透体主要由上述材料中的一种构成。然而，可渗透体可以包括这些材料的混合物，从而可以调整等级、含油量、含氢量、渗透性等以实现期望的结果。此外，不同的烃材料可以处于多个层中或处于混合方式，例如结合的煤、油页岩、沥青砂、生物质(biomass)和/或泥煤。

在一个实施例中，为最优化的原因，含烃材料可以被分类到主要构造化基层结构内的各种内部密闭容器中。例如，在油页岩地层被开采时，被开采的油页岩地层的层数和深度可能在某些深度的产区中更富集。一旦爆炸、开采、铲起和拖拉到密闭容器以便放置，那么更富集的含油矿石可以通过富集度分类或混合，以便实现最优产量、更快回收，或实现在各蓄积池内的最优平均。此外，提供不同组成的层可以具有额外的益处。例如，下层沥青砂可以被定向为在上层油页岩的下面。通常，该上下层可以相互直接接触，尽管不是必需的。上层可以包括嵌入其中的加热管，如在下面更详细描述。加热管可以将油页岩加热到足以释放包括可充当从沥青砂中去除沥青的溶剂的短链液烃的干酪根油。这样，上层充当原位溶剂来源，以便增强从下层去除沥青。在这一实施例中，在下层内的加热管是任选的，从而该下层可以不含加热管或可以包括加热管，这取决于从上层或任何其它热源经向下传递的液体传递的热量。选择性控制可渗透体的特性和组成的能力在最优化石油产量和质量方面增加显著的自由度。

此外，在许多实施例中，释放的气体和液体产物充当原位生产的溶剂，其补充干酪根去除和/或从含烃材料中去除额外的烃。

在另一详细方面，可渗透体可以进一步包含添加剂或生物质。添加剂可以包括用作增加去除的烃的质量的任何组成，例如增加API、减小粘度、改善流动特性、降低剩余页岩的润湿度、减少硫、减少氢化剂等。合适添加剂的非限制性示例可以包括沥青、干酪根、丙烷、天然气、天然气冷凝物、原油、精炼底部残留物(refining bottoms)、沥青烯、常用溶剂、其它稀释剂和这些材料的组合。在一个特定实施例中，添加剂可以包括流动改善剂和/或供氢体剂。一些材料可以充当两种或任一种试剂从而改善流动或作为供氢体。此类添加剂的非限制性示例可以包括甲烷、天然气冷凝物、常用溶剂例如丙酮、甲苯、苯等以及上面列出的其它添加剂。添加剂可以用来增加任何烃产物中的氢碳比率，以及充当流动增强剂。例如，各种溶剂和其它添加剂可以产生物理混合物，其对于固体颗粒、岩石等具有降低的粘度和/或降低的亲和性。此外，一些添加剂可以与烃发生化学反应和/或允许烃产物的液体流动。使用的任何添加剂可以变为最终回收产物的一部分，或可以被去除并再利用或另外处理。

类似地，可以通过使用已知的添加剂和方法来实现含烃材料的生物羟基化作用，从而形成合成气体或其它较轻质产物。也可用相似方式使用酶或生物催化剂。此外，人造材料也可以用作添加剂，例如但不限于轮胎、聚合物废品或其它含烃材料。

尽管这些方法可广泛应用，但作为一般方针，可渗透体可以包括最大尺寸从大约1/8英寸到大约6英尺的颗粒，并且在一些情况下小于1英尺，以及在其它情况下小于大约6英寸。然而，作为实际情况，大约2英寸到大约2英尺的尺寸可以提供优良结果，其中大约1英尺的直径对于油页岩是特别有用的。空隙空间可以是确定最优颗粒直径的因素。作为一般情况，可以使用任何功能性空隙空间；然而，大约15％到大约50％并且在一些情况下大约30％到大约45％的比率通常提供渗透性与可用体积的有效使用之间的良好平衡。通过改变其它参数例如加热导管位置、添加剂等，空隙体积可以稍微变化。采出的含烃材料的机械分离使得能够创造细网孔、高渗透性的颗粒，其一旦放入蓄积池内的密闭容器中则提高散热率。增加的渗透性可以允许更合理的低温，其也帮助避免较高温度，该较高温度导致碳酸盐分解产生更多CO₂，以及相应释出痕量重金属、挥发性有机物和可以生成被监测和控制的有毒流出物和/或不期望材料的其它化合物。

在一个实施例中，计算机辅助的开采、开采设计、拖运、爆炸、化验、装载、运输、安置和防尘措施可以用来满足和最优化采出材料移动到构造化密闭防漏结构内的速度。在一个可替换方面，蓄积池可以在含烃地层的挖掘体积中形成，尽管远离控制基层结构的其它位置也可能是有用的。例如，一些含烃地层具有相对薄的烃富集层，例如厚度小于大约300英尺。因此，垂直采矿和钻孔有可能不是成本有效的。在此情况下，水平采矿对于回收含烃材料以便形成可渗透体是有用的。尽管水平采矿一直是挑战性的尝试，但许多技术已开发并在继续发展，其可以连同蓄积池使用。在此情况下，蓄积池的至少一部分可以跨越水平层形成，而该蓄积池的其它部分可以沿着和/或邻近非含烃地层形成。其它采矿方法例如但不限于房柱式采矿(room and pillar mining)可以提供具有最小限度浪费的有效含烃材料来源，和/或可以运输到蓄积池并根据在此的讨论进行处理的回收。

如在此提到，所描述的蓄积池允许对可为给定装置设计并最优化的可渗透体的性质和特性进行较大程度的控制。蓄积池(单独地和跨越多个蓄积池)可以基于材料的不同组成、预期的产物等被容易地修正和分类。例如，几个蓄积池可以专用于生产重质原油，而其它蓄积池可以被配置为生产较轻质产物和/或合成气体。潜在的分类和因素的非限制性示例可以包括催化剂活性、特定产物的酶促反应、芳香族化合物、含氢量、微生物菌株或用途、改质/提级(upgrade)过程、目标最终产物、压力(影响产物质量和类型)、温度、膨胀性能、水热反应、供氢体剂、热附加处理(superdisposition)、垃圾蓄积池、污水蓄积池、可复用的管道及其它。通常，这些因素中的多个可以用来为不同的产物和目的在给定工程区中配置蓄积池。

粉碎的含烃材料可以用任何合适方式填充到控制基层结构中以形成可渗透体。通常，粉碎的含烃材料可以通过倾卸、传送装置或其它合适方法输送到控制基层结构中。如前面提到，可渗透体可以具有适当高的空隙体积。杂乱的倾卸可能导致过度的压实和空隙体积减少。因此，可以通过使含烃材料低压实输送到基层结构中来形成可渗透体。例如，在形成可渗透体时，收缩的传送装置可以用来递送材料到可渗透体的顶面附近。这样，含烃材料可以保持颗粒之间的显著空隙体积，而基本没有进一步压碎或压实，尽管在形成可渗透体时存在一些经常由岩石静压力(lithostatic pressure)导致的小程度压实。

一旦期望的可渗透体已在控制基层结构内形成，则可以例如经由热解作用引入足以开始去除烃的热量。在一个方面，加热流体可以整体对流流型经过整个可渗透体，以便从可渗透体中基本去除烃。根据该方面，加热流体可沿含烃材料的可渗透体占据的体积的大部分以再循环型式向上流动并向下回流。合适的热源可以与可渗透体热相关。可渗透体内的最优操作温度可以根据组成和期望的产物而变化。然而，作为一般方针，操作温度的范围可以是从大约200℉到大约750℉。整个密闭体积的温度变化可以改变，并且在一些区域可达到高达900℉或更高。在一个实施例中，操作温度可以是相对较低的温度，从而促进液体产物生产，例如从大约200℉到大约650℉。该加热步骤可以是导致对可渗透体的压碎矿石进行选矿的烘烤操作。此外，一个实施例包含控制温度、压力和其它变量，使其足以主要产生液体产物，并在一些情况下基本仅产生液体产物。在一个方面，可以通过对流加热模式来控制温度，其降低了由冷却壁和其他因素导致的温度变化。通常，产物可以包括液体和气体产物，而液体产物可能需要较少加工步骤，例如洗涤机等。可渗透体的相对高的渗透性允许生产液体烃产物并使气体产物最少化，这在某种程度上取决于特定原材料和操作条件。在一个实施例中，烃产物的回收基本上可以在可渗透体内不存在裂缝的情况下发生。

在一个方面，热量可经对流传递到可渗透体，以便从可渗透体中基本去除烃。根据该方面，加热流体可经加热导管流过控制基层结构，以使热量以整体对流流型经过整个可渗透体。这样，可改善热分布的均匀性。此外，可通过使一个或更多个热管或对流驱动导管在可渗透体的较低部分中定向来优化整体对流加热流型。任选地，可通过在对流驱动导管上方的中间位置选择性放置额外加热导管来形成多个对流循环区。

一个或更多个对流驱动导管通常可以基本水平定向。这些导管也可沿密闭体积的底部，或沿密闭体积的较低外围边缘安置。尽管如果控制加热速率那么可同时使用两种配置，但根据一个实施例，由于该配置可能抑制整体对流循环流型，因此这两种配置不同时使用。在进一步的方面，对流驱动导管可嵌入在可渗透体内。通过以这些方式中的一种或更多种定向导管，可显著增加分离烃的热流。此外，可改善热分布的均匀性。例如，在一个方面，对流驱动导管可提供足够加热，从而使主要加热区提高到高于大约200℉的温度，该主要加热区是总密闭体积的至少约80％。此外，蓄积池内的热流可能较少地由于冷却壁和管道放置而变化。

可通过燃烧天然气、烃产品或任何其它合适来源产生可注入控制基层结构内的加热气体。合适传热流体的非限制性示例可以包括热空气、热废气、蒸汽、烃蒸汽和/或热液体。加热气体可以从外部来源输入，或从该工艺回收。

可替换地或与使用对流驱动导管的对流加热结合，高度可配置的方法可以包括将多条导管嵌入可渗透体内。这些导管可以被配置为用作加热管、冷却管、传热管、排水管或气体管。此外，在基层结构操作期间，这些导管可以专用于单一功能或可以用于多种功能，即传热和排水。根据预期的功能，这些导管可以由任何合适材料形成。合适材料的非限制性示例可以包括瓦管、耐火水泥管、耐火ECC管、现场浇筑管、例如铸铁、不锈钢等金属管、例如PVC的聚合物等等。在一个特定实施例中，全部或至少一部分嵌入导管可以包含可降解材料。例如非镀锌6″铸铁管可以有效地用于单用途实施例，并且其在一般小于大约2年的蓄积池有效期限内运行良好。此外，多条导管的不同部分可以由不同材料形成。现场浇筑管对于非常大的密闭体积可以特别有用，其中管径超过几英尺。这样的管道可以通过使用以环形形状保持粘性流体的柔性外罩形成。例如，PVC管可以连同柔性外罩一起用作该外形体的一部分，其中混凝土或其它粘性流体被泵送入PVC与柔性外罩之间的环形空间。根据预期的功能，可以在导管中制造穿孔或其它开孔，从而允许流体在导管和可渗透体之间流动。典型的操作温度超过常规聚合物和树脂管的熔点。在一些实施例中，导管可以被放置和定向成使得导管在基层结构的操作期间有意熔化或以其它方式降解。

多条导管可以容易地以任何配置定向，无论是基本水平的、垂直的、倾斜的、分支的还是其它形式。在将导管嵌入可渗透体内之前，导管的至少一部分可以沿预定通道被定向。预定通道可以被设计为改善传热、气-液-固接触，最大化在密闭体积内的流体从特定区域的输出或去除等。此外，至少部分导管可以专用于加热可渗透体。这些加热导管或对流驱动导管可以被选择性地穿孔以允许加热气体或其它流体对流加热可渗透体并在整个可渗透体中混合。穿孔可以被定位并调整尺寸以优化贯穿可渗透体内的均匀和/或受控加热。可替换地，加热导管可以形成闭合环路，以使加热气体或流体与可渗透体隔离开。因此，“闭合环路”不一定需要再循环，而需要隔离加热流体与可渗透体。这样，加热可以主要或基本上仅通过从加热流体穿过导管壁进入可渗透体的热传导来实现。在闭合环路中的加热使得能够防止在加热流体和可渗透体之间的物质传递，并可以减少气体烃产物的形成和/或提取。

在可渗透体的加热或烘烤期间，超过母岩分解温度(经常高于大约900℉)的局部化加热区可以降低产率并形成二氧化碳以及可能导致含有重金属、可溶性有机物等的浸析液的不期望污染化合物。加热导管可以允许基本消除这样的局部化热点，同时使大多数可渗透体维持在期望的温度范围内。温度的均匀程度可以是成本(例如额外加热导管的成本)对产率的权衡。然而，至少大约85％的可渗透体可以被容易地维持在大约5-10％的目标温度范围内，其中基本没有热点，即超过含烃材料的分解温度，例如大约800℉以及在许多情况下大约900℉。因此，如在此描述进行操作时，系统可以允许回收烃且同时消除或基本避免产生不希望的浸析液。尽管产物可以根据原材料而显著变化，但高质量液体和气体产物是可能的。根据一个实施例，压碎的油页岩材料可以产生具有从大约30到大约45的API的液体产物，其中大约33到大约38是当前典型的，其直接源自油页岩而没有附加处理。有趣的是，这些方法和工艺的实践导致这样的理解，即对于回收的烃的质量，压力似乎是比温度和加热时间影响小得多的因素。尽管加热时间可以根据空隙空间、可渗透体的组成、质量等显著变化，但作为一般方针，时间可以在从几天(即3-4天)到大约一年的范围内。在一个特定示例中，加热时间可以在大约2周到大约4个月的范围内。在较短的停留时间(即几分钟到几小时)下，加热不足的油页岩可能导致形成可浸析和/或稍微挥发性的烃。因此，这些方法允许在中等温度下延长的停留时间，从而存在于油页岩中的有机物可挥发和/或碳化，留下少量的可浸析有机物。另外，下面的页岩通常不分解或改变，这减少可溶性盐的形成。

此外，导管可以被定向在多个蓄积池和/或控制基层结构之间，从而在这些结构之间转移流体和/或热量。导管可以使用常规焊接等被相互焊接。此外，导管可以包括允许在可渗透体中材料的膨胀和沉降期间旋转和/或少量运动的接头。另外，导管可以包括支撑系统，其在填充密闭体积之前和期间以及在操作期间用来支撑导管的组件。例如，在流体的加热流动期间，加热等可以导致膨胀(压裂或爆米花效应)或下沉，其足以在导管和相关接头上产生潜在破坏性的应力和应变。桁架支撑系统或其它类似锚定构件可以有利于降低对导管的损害。锚定构件可以包括水泥砖、工字梁、钢筋、立柱等，其可与蓄积池的壁(包括侧壁、底部和顶部)相关。

可替换地，导管可以在任何开采的材料被引入密闭体积之前完全构造和装配好。在设计导管的预定通道和填充该体积的方法时要谨慎并规划，以防止导管埋入时在填充过程中破坏该导管。因此，在一些情况下所用的导管可以从开始起或在嵌入可渗透体之前被定向，以使它们不被钻孔。结果，可以在没有大规模取心钻进(core drilling)和/或与井筒或水平钻孔相关的复杂机械的情况下，执行导管的构造化及其放置。相反，导管的水平或任何其它定向可以容易地通过在用采出的含烃材料填充基层结构之前或与此同时装配期望的预定通道来实现。以各种几何图案定向的非钻孔、手放置/起重机放置的导管可以被布置成具有阀控制的连接点，其在密闭蓄积池内产生精确的且被密切监测的加热。放置和分层布置导管的能力包括连接旁路和流量阀以及直接注入和退出点，其使得能够实现精确的温度和加热速率、精确的压力和增压率以及精确的流体和气体入口、出口以及组成混合物。例如，在使用细菌、酶或其它生物材料时，可以容易地遍及可渗透体维持最优温度，从而提高此类生物材料的性能、反应和可靠性。

导管通常在不同的点穿过构造化基层结构的壁。由于存在温差和容限，因此在壁和导管之间的界面处包括绝缘材料可能是有益的。该界面的尺寸可以被最小化，同时也留出用于在基层结构的启动、稳态运行、波动操作条件和停工期间的热膨胀差异的空间。该界面也可以包括绝缘材料和密封装置，其防止从控制基层结构中不受控制地放出烃或其它材料。合适材料的非限制性示例可以包括高温垫圈、金属合金、陶瓷、粘土或矿物衬垫、复合材料或其它材料，其具有高于典型操作温度的熔点并充当由控制基层结构的壁提供的渗透性控制的连续体。

此外，构造化基层结构的壁可以被配置为最小化热损失。在一个方面，这些壁可以被构建为具有基本均匀的厚度，该厚度被优化以提供足够的机械强度且同时也最小化导管穿过的壁材料的体积。特别地，过厚的壁可能减少通过由传导吸热而传入可渗透体的热量。相反，该壁也可以充当热屏障，从而在操作期间一定程度上隔离可渗透体并保持其中的热量。

在一个实施例中，在可渗透体内的流体和气体化合物可以通过使用例如通过气体诱导的压力或源自堆积碎石的堆积岩石静压力，改变为期望的提取产物。因此，一些程度的改质(upgrading)和/或改性可以与回收过程一起实现。此外，某些含烃材料可能需要使用特定稀释剂或其它材料处理。例如，根据众所周知的机理，通过蒸汽喷射或溶剂喷射以促进沥青从砂粒中分离，可以容易地实现沥青砂的处理。

牢记上面描述，图1示出一个实施例的侧视图，其示出建造的密闭防漏提取蓄积池100，其中现有参考水准面108主要用作不渗透底层112的支撑。外部密闭蓄积池侧壁102提供防漏，并可以但不必须由内壁104细分。细分部分可以在更大的密闭防漏蓄积池100内创建独立的防漏密闭容器(capsule)122，其可以是任何几何形状、尺寸或细分部分。进一步地，细分可以水平或垂直堆叠。通过创建独立的防漏密闭容器122或腔室，可以容易地适应较低级材料、各种气体、各种液体、各种处理阶段例如矿物提取、各种酶或微生物学类型或其它期望的分阶段处理的分类。被构造成较大构造化密闭容器内的筒仓(silos)的分段密闭容器也可以被设计为提供分阶段的和顺次的加工、温度、气体和流体组合物以及热传递。这样的分段密闭容器可以提供另外的环境监测，并且可以由类似于主要外壁的具有线纹的建造的尾部护台(tailing berms)建造。在一个实施例中，蓄积池100内的分段可以用于在缺乏外部加热的情况下隔离放置材料，或意图限制或控制燃烧或溶剂应用。具有较低含量的烃的材料可以用作燃烧材料或作为填充或护台壁建造材料。不满足各种截止品位阈值(cut-off grade threshold)的材料也可以被截存(sequester)，而不需要在专用于这一目的的蓄积池中改变。在这样的实施例中，这样的区域可以被完全隔离，或被热量、溶剂、气体、液体等绕过。任选的监测器件和/或设备可以永久或暂时安装在蓄积池内或蓄积池的外周，以便确认隔绝材料的防漏。

壁102和104以及盖子116和不渗透层112可以通过篾筐146和/或填充压实而分层布置的土工格栅148来建造并加固。可替换地，包含渗透性控制蓄积池并一起限定密闭体积的这些壁102、104、116和112可以由如前面描述的任何其它合适材料形成。在该实施例中，蓄积池100包括自支承式的侧壁102和104。在一个实施例中，尾部护台、壁和底部的结构和渗透性可以被压实和建造。在渗透性控制层之前或与渗透性控制层结合，可以包括使用用于支撑护台和堤坝的压实的土工格栅和其它锚定桩结构(deadman structure)，该渗透性控制层可以包括砂、粘土、膨润土、砂砾、水泥、水泥浆、钢筋水泥、耐火水泥、绝缘体、土工膜、排水管、穿孔加热管的耐高温绝缘体等。

在一个可替换实施例中，渗透性控制蓄积池可以包括侧壁，该侧壁是压实土地和/或原状地质地层，而盖子和底部是不渗透的。具体地，在这样的实施例中，不渗透盖可以用来防止挥发物和气体从蓄积池不受控制地逸出，从而可以使用合适的气体收集出口。类似地，不渗透底部可以用来容纳和引导收集的液体到合适出口例如排放系统133，从而从蓄积池的较低区域移出液体产物。尽管在一些实施例中不渗透侧壁可能是期望的，但是并不总是需要这样的不渗透侧壁。在一些情况下，侧壁可以是暴露的原状土地或压实的填充物或土地，或其它可渗透材料。具有可渗透侧壁可以允许来自蓄积池的气体和/或液体的少量放出。

尽管未示出，但在构造化密闭防漏容器的上面、下面、周围和附近，可以建造环境水文学测量装置从而在操作期间将地表水重新引导远离密闭的壁、底部、盖子等。此外，重力辅助的排水管和机构可以用来根据需要聚集和引导密闭体积内的流体、液体或溶剂到达中央聚集管、泵送管、冷凝管、加热管、分阶段管和排放管、筒仓、储槽和/或井。以相似的方式，有意引入(例如用于沥青砂沥青处理而引入)的蒸汽和/或水可以被再循环。

一旦壁结构102和104已经构造在从地表面106开始的构造化和不渗透底层112之上，那么采出的碎石120(其可以根据尺寸或烃富集度被压碎或分类)可以被分层放置在放置的管状加热管118或对流驱动导管、流体排放管124和/或气体聚集或注入管126上(或紧挨它们)。这些管道可以按任何最优流型、角度、长度、尺寸、体积、交叉、栅格、壁尺寸、合金构造、穿孔设计、注入速率和提取速率被定向和设计；然而，在一个方面，对流驱动导管可在可渗透体的较低部分中定向。在一些情况下，管道，例如用于热传递的那些管道可以被连接到热源134、再循环通过热源134或从热源134获取热量。可替换地或结合地，回收的气体可以由冷凝器140冷凝。通过冷凝器回收的热量可以任选地用于可渗透体的补充加热，或用于其它加工需要。

热源134可以获取、增强、聚集、产生、结合、分离、传递或包括从任何合适热源获取的热量，该合适热源包括但不限于燃料电池(例如固体氧化物燃料电池、熔融碳酸盐燃料电池等)、太阳能源、风能源、液态烃或气态烃燃烧加热器、地热热源、核电站、燃煤电厂、射频发热、波能、无焰燃烧室、自然分布的燃烧室或其任何组合。在一些情况下，可以使用电阻加热器或其它加热器，尽管燃料电池和基于燃烧的加热器特别有效。在一些场所，足够量的地热水可以被循环到地面以加热可渗透体，并且被引导到基层结构。

在另一实施例中，导电材料可以遍及可渗透体分布，并且足以发热的电流可以经过导电材料。导电材料可以包括但不限于金属片或金属珠、导电水泥、涂敷金属的颗粒、金属陶瓷复合材料、导电半金属碳化物、煅烧的石油焦炭、敷设丝(laid wire)、这些材料的组合等。导电材料可以被预先混合以具有各种网孔尺寸，或者该材料可以在可渗透体形成之后被引入可渗透体。

液体或气体可以从热源134传热，或在另一实施例中，在烃液体或气体燃烧的情况下，射频发生器(微波)或燃料电池都可以但事实上不需要在密闭蓄积池区114或122内发热。在一个实施例中，可渗透体的加热可以通过源自烃燃烧的对流加热来实现。特别感兴趣的是在燃料与氧的化学计量条件下执行的烃燃烧。化学计量条件可以允许显著提高加热气体温度。化学计量燃烧可以采用纯氧源但通常不需要纯氧源，纯氧源可以由公知技术提供，其包括但不限于氧浓缩器、隔膜、电解质等。在一些实施例中，可以从具有化学计量数量的氧气和氢气的空气提供氧气。燃烧废气可以被引导到超高温换热器，例如陶瓷或操作温度高于大约2500℉的其它合适材料。从周围环境获得或从其它工艺再循环的空气可以经该超高温换热器加热，然后被送到蓄积池以便加热可渗透体。然后，燃烧废气可以被截存(sequester)，而不需要进一步分离，这是因为该废气主要是二氧化碳和水。

为最小化热量损失，燃烧室、换热器和蓄积池之间的距离可以被最小化。因此，在一个特定详述实施例中，便携式燃烧室可以被附连到单独加热导管或较小的导管分段。便携式燃烧室或燃烧器可以独立提供大约100,000Btu到大约1,000,000Btu的热量，其中每管道大约600,000Btu通常是足够的。

可替换地，密闭容器内的燃烧可以在主要的构造化密闭防漏结构内的分隔密闭容器里面开始。该过程部分燃烧含烃材料从而提供热量和固有热解。不需要的空气排放物144一旦从密闭防漏容器114、122或从热源134获得并且通过已钻的井筒142输送，那么其可以被捕获并截存(sequester)在地层108中。热源134也可以产生电并经电传输线150传输、转换或供电。从密闭蓄积池处理区114或122提取的液体或气体可以被贮存在附近的收集槽136中，或贮存在密闭防漏容器114或122内。例如，不渗透底层112可以包括倾斜区110，其向排放系统133引导液体，在排放系统133液体被引导到收集槽。

在碎石材料120与管道118、124、126和128一起放置时，预期各种测量器件或传感器130用于在提取过程期间监测建造的密闭防漏蓄积池100内、其周围或在其下面的温度、压力、流体、气体、组成、加热速率、密度以及全部其它工艺属性。这样的监测器件和传感器130可以分布在放置的管道118、124、126和128内、其周围、其部分、与其连接或在其顶部上的任何地方，或在碎石材料120或不渗透屏障区112的顶部、被其覆盖或埋入其内。

在放置的碎石材料120填充密闭处理区114或122时，120变为建造的不渗透的盖子屏障区138和壁屏障构造170的顶部支撑，壁屏障构造170可以包括不渗透性与建造的流体和气体屏障或构造化密闭构造的任何组合，该构造化密闭构造包含可以组成112的材料，该材料包括但不限于粘土162、压实填充物或输入材料164、含有水泥或耐火水泥的材料166、土工合成膜、衬里或绝缘体168。可以作为顶盖116被定向的填充材料被放置在138上方，从而在密闭处理区114或122上产生岩石静压力。用足以在可渗透体内产生增加的岩石静压力的压实填充物覆盖可渗透体可以对进一步增加烃产物质量有用。压实填充物顶部可以基本覆盖可渗透体，而可渗透体反过来可以基本支撑该压实填充物顶部。压实填充物顶部可以进一步对去除的烃是足够不渗透的，或可以按类似于侧壁和/或底壁的方式增加额外的渗透性控制材料层。一旦根据具体情况经管道118、124、126或128中的任何管道提取、处理或再循环，则可以通过增加任何气体或流体将额外的压力引入提取密闭处理区114或122。相对于密闭蓄积池100内的加热、提取、稳定、截存、蓄积、改质、精炼或构造分析工艺，所有相关的测量值、优化率、注入速率、提取速率、温度、加热速率、流速、压力比率、容量指示器、化学组成或其它数据通过连接到计算设备132而被预期，计算设备132操作计算机软件以便管理、计算和最优化整个工艺。此外，取心钻进、地质储量分析以及地层在爆炸、开采和运输之前(或在此类任务之前、之后或期间的任何时间)的试验模型可以用作进入计算机控制的机构中的数据输入，该计算机控制的机构操作软件以鉴别最优放置、尺寸、被校准并交叉引用从而达到期望生产率的体积和设计、压力、温度、热量输入速率、气体重量百分数、气体注入组成、热容量、渗透性、孔隙率、化学和矿物组成、压实、密度。这样的分析和确定可以包括其它因素如气象数据因素，例如影响构造化基层结构的总体性能的温度和空气湿度含量。其它数据，例如矿石湿度含量、烃富集度、重量、网孔尺寸和矿物与地质组成可以用作输入，这些输入包括产生项目现金流、债务还本付息和内部回报率的货币的时间价值数据组。

图2A示出蓄积池的集合，其包括未覆盖的或打开盖的密闭蓄积池100，密闭蓄积池100含有在采矿场200里面的分段密闭蓄积池122，采矿场200具有各种高度的台阶式采矿。图2B仅为了清晰图解说明没有相连的导管和其它方面的单个蓄积池122。该蓄积池可以类似于在图1中图解说明的蓄积池或任何其它配置。在一些实施例中，预期开采的碎石可以沿斜道230或经输送机232传输到采矿场密闭蓄积池100和122而不需要任何采矿运输卡车。

图3示出在位于地层108的现有参考水准面106上的密闭蓄积池100下面建造的渗透屏障112，其中盖子覆盖密闭蓄积池100的侧面和顶部上的材料或填充物302，从而最终(在该工艺之后)覆盖和再生新的地表300。已暂时从该地区移走的本土植物例如树306可以被重新栽培。构造化基层结构通常可以是单一用途的结构，其可以容易且安全地以最小限度的附加补救关闭。这可以显著降低与移动大量废料相关的成本。然而，在一些情况下，构造化基层结构可以被挖掘和再使用。一些设备例如射频(RF)机构、管材、器件和发射器可以在烃回收完成之后就从构造化蓄积池内回收。

图4示出计算机装置130，其在集合蓄积池100内的细分蓄积池122中的加工期间控制连接到热源134的导管118、126或128的各种性质输入和输出，从而控制可渗透体的加热。类似地，从蓄积池收集的液体和蒸汽可以被监测并且分别收集在储槽136和冷凝器140中。源自冷凝器的冷凝液体可以被收集在储槽141中，而不可冷凝的蒸汽在单元143处被收集。如前面描述，液体和蒸汽产物可以被结合，或更经常被留下作为分离的产物，这取决于可冷凝性、目标产物等。蒸汽产物的一部分可以任选地被冷凝并且在储槽136中与液体产物结合。然而，大部分蒸汽产物是可以燃烧、销售或在该工艺内使用的C4和较轻气体。例如，氢气可以通过使用常规气体分离被回收，并且可以根据常规改质方法例如催化方法等用于对液体产物进行加氢处理(hydrotreat)，或者不冷凝气体产物可以被燃烧从而产生热量，以便用于加热可渗透体、加热邻近或附近的蓄积池、加热服务或职员区或满足其它处理用热需要。构造化基层结构可以包括热电偶、压力计、流量计、流体分散传感器、富集度传感器和遍及该构造化基层结构分布的任何其它常规工艺控制器件。这些器件可以每个都与计算机可操作地相关联，从而使得在可渗透体的加热期间加热速率、产物流速和压力可以被监测或改变。任选地，可以使用例如与可渗透体相关的超声波发生器执行合适位置的搅动。这样的搅动可以促进烃从与它们相关的下面的固体材料中分离和热解。此外，足够的搅动可以减少遍及可渗透体和导管的阻塞和结块。

图5示出任何导管如何可以用于以气体、液体或热量的任何形式经输送装置510将热量从任何分段的密闭蓄积池传递到另一分段的密闭蓄积池。然后，冷却的流体可以经传热装置512被输送到发热密闭容器500或发热源134，以从密闭容器500获得更多热，从而再次再循环到目标密闭容器522。因此，各种导管可以用于将热量从一个蓄积池传递到另一蓄积池，以便再循环热量并管理能量的使用从而最小化能耗。

在另一方面，在加热步骤期间供氢体剂可以被引入可渗透体。供氢体剂可以是能够对烃进行加氢的任何组成并且可以任选地是还原剂。合适供氢体剂的非限制示例可以包括合成气体、丙烷、甲烷、氢、天然气、天然气冷凝物、工业溶剂例如丙酮、甲苯、苯、二甲苯、枯烯、环戊烷、环己烷、低碳烯烃(C4-C10)、萜烯、这些溶剂的取代化合物等。此外，回收的烃可以在可渗透体内或在收集之后受到加氢处理。有利地，从气体产物回收的氢可以被再引入到液体产物中以便改质。无论如何，加氢处理或加氢脱硫过程对降低最终烃产物中的氮和硫含量可以非常有用。任选地，可以引入催化剂从而促进这样的反应。另外，将轻质烃引入到可渗透体中可以导致降低分子量且同时增加氢碳比的重整反应。这是特别有利的，至少部分由于可渗透体的高渗透性，例如经常为大约30％-40％的空隙体积，尽管空隙体积通常可以在从大约10％到大约50％的空隙体积范围内变化。可以注入的轻质烃可以是向回收的烃提供重整的任何烃。合适轻质烃的非限制示例包括天然气、天然气冷凝物、工业溶剂、供氢体剂和具有十个或更少碳且通常具有五个或更少碳的其它烃。目前，天然气是有效方便且丰富的轻质烃。如前面提到，各种溶剂或其它添加剂也可以被加入，从而辅助从油页岩提取烃产物，并且经常也可以增加流动性。

通过将轻质烃输送通过具有与可渗透体较低部分流体连通的开口端的输送导管，以使该轻质烃(其在正常操作状态下是气体)向上透过该可渗透体，则该轻质烃可以被引入可渗透体。可替换地，该相同方法可以被应用于首先输送到空蓄积池的回收烃。这样，蓄积池可以充当源自附近蓄积池的直接产物的收集槽，并充当重整装置或改质装置。在该实施例中，蓄积池可以至少部分填充液体产物，气体轻质烃在其中经过，并且允许气体轻质烃在足以根据众所周知的工艺实现重整的温度和条件下与液体烃产物接触。蓄积池内的液体产物也可以包括任选的重整催化剂，其包括金属例如Pd、Ni或其它合适的催化活性金属。催化剂的添加可以用来为特定液体产物降低和/或调节重整温度和/或压力。此外，蓄积池可以容易地形成在几乎任何深度。因此，最优重整压力(或当蓄积池深度用作压力控制措施以便从可渗透体回收时的回收压力)可以基于由蓄积池中的液体量和蓄积池的高度导致的流体静压力设计，即P＝ρgh。另外，在蓄积池的高度上压力可以显著改变，足以提供多个重整区和适应性压力。通常，可渗透体内的压力可以足够实现基本仅液体提取，尽管根据可渗透体的具体组成，可能产生少量的蒸汽。作为一般原则，压力可以在从大约5atm到大约50atm的范围内，尽管从大约6atm到大约20atm的压力可能特别有用。然而，可以使用任何大于约大气压的压力。

在一个实施例中，提取的粗制物在细分密闭容器内沉淀出细粒。可以处理提取的流体和气体以便去除细粒和灰尘颗粒。可以通过例如但不限于热气过滤、沉淀和重油再循环的技术实现细粒从油页岩分离。

从可渗透体回收的烃产物可以被进一步加工(例如精炼)或在生产时使用。任何可冷凝气体产物可以通过冷却和收集来冷凝，而不可冷凝气体可以被收集、作为燃料燃烧、再注入或另外利用或处置。任选地，移动设备可以用来收集气体。这些单元可以被容易地定向为紧邻控制基层结构，并且气体产物经合适导管从控制基层结构的上面区域引导到这些单元。

在另一可替换实施例中，可渗透体内的热量可以在从其初次回收烃材料之后被回收。例如，大量的热保留在可渗透体中。在一个任选的实施例中，可渗透体可以充满传热流体例如水从而形成加热的流体，例如加热的水和/或蒸汽。同时，该处理可以经废页岩固体的物理漂洗促进一些残余烃产物的去除。在一些情况下，水的引入和蒸汽的存在可以导致水气变换反应以及合成气体的形成。从该处理回收的蒸汽可以用来驱动发电机、导入另一附近的基层结构或另外使用。烃和/或合成气体可通过常规方法与蒸汽或加热流体分离。

尽管方法和基层结构允许改善的渗透性和操作条件的控制，但是大量的未回收的烃、贵金属、矿物质、碳酸氢钠或其它商业上有价值的材料经常留在可渗透体中。因此，选择性试剂可以被注入或引入该可渗透体。通常，这可以在收集烃之后完成，尽管某些选择性试剂或溶剂可以在加热和/或收集之前被有利地使用。这可以通过使用一个或多个现有导管，或通过直接注入并渗透通过可渗透体来完成。选择性溶剂或浸析液(leachate)可以被选为一种或多种目标材料(例如矿物质、贵金属、重金属、烃或碳酸氢钠)的溶剂。在一个特定实施例中，蒸汽或二氧化碳可以用作可渗透体的漂洗剂，从而移去任何剩余烃的至少一部分。这不仅对于去除可能有价值的次级产物可以是有益的，而且对于将痕量重金属或无机物的剩余废料清除到低于可检测水平，以便符合规章标准或防止将来材料的意外浸析也是有益的。

更特别地，在加热可渗透体之前或之后可以使用各种回收步骤，来回收具有经济价值或在加热可渗透体期间可能导致不期望问题的重金属、贵金属、痕量金属或其它材料。通常，这样的材料回收可以在可渗透体的加热处理之前完成。回收步骤可以包括但是绝不限于溶液采矿、浸析(leaching)、溶剂回收、沉淀、酸(例如盐酸、酸性卤化物等)、浮选、离子树脂交换、电镀等。例如，可以通过将可渗透体注满合适的溶剂并通过合适设计的离子交换树脂(例如珠粒、隔膜等)再循环得到的浸析液，去除重金属、铝土矿或铝以及汞。

相似地，可以执行烃材料、废料或贵金属的生物提取、生物浸析、生物回收或生物修复(bioremediation)，从而进一步改善修复、提取有价值金属以及使废料恢复到环境可接受的标准。在这样的生物提取情况中，导管可以用来注入催化气体作为前体，其有助于助长生物反应和生长。这样的微生物和酶可以在矿石溶剂萃取之前经生物氧化来对矿体或材料或纤维质或其它生物质材料进行生物化学氧化。例如，穿孔管或其它机构可以用来将足以刺激本地细菌生长和活动的轻质烃(例如甲烷、乙烷、丙烷或丁烷)注入可渗透体。细菌可以是本地的或引入的，并可以在有氧或厌氧条件下生长。这样的细菌可以从可渗透体释放金属，然后这些金属可以经由用合适溶剂冲洗或其它合适的回收方法回收。然后可以使用常规方法沉淀出回收的金属。

合成气体也可以在加热和/或使加热流体经过整个可渗透体的步骤期间从可渗透体回收。通过工艺可以操纵气体生产的各个阶段，该工艺提高或降低密闭体积内的操作温度，并调整进入蓄积池的其它输入从而产生合成气体，该合成气体可以包括但不限于一氧化碳、氢气、硫化氢、烃、氨、水、氮气或其各种组合。在一个实施例中，在提取合成气时，可以控制可渗透体内的温度和压力以减少CO₂排放。

从构造化基层结构回收的烃产物最经常可以通过例如改质、精练等被进一步加工。源自相关改质和精练加工的硫可以被隔离在更大结构化蓄积池防漏密闭容器内的各种构造化硫密闭容器中。构造化硫密闭容器可以是用过的构造化基层结构，或专用于在脱硫后贮存和分离目的。

类似地，在构造化基层结构中剩余的废含烃材料可以用于水泥和聚集产物的生产，以便用于基层结构自身的建造或稳定，或用来形成别处的构造化基层结构。用废页岩制造的此类水泥产物可以包括但不限于具有以下物质的混合物：波特兰水泥、钙盐、火山灰、珍珠岩、合成纳米碳、砂、玻璃纤维、碎玻璃、沥青、焦油、粘合用树脂、纤维质植物纤维等。

在另一实施例中，注入、监测和生产用导管或提取出口可以任何样式或布置合并到构造化基层结构内。在构造化密闭防漏容器下面或外面的监测井和构造化土工膜层可以用来监测防漏边界和构造化基层结构外不需要的流体和湿气迁移。

尽管填充和制备的构造化基层结构可能经常立即被加热以回收烃，但这不是必需的。例如，用采出的含烃材料建造并填充的构造化基层结构可以被留在合适位置作为探明储量。这样的结构较不易受到恐怖分子活动导致的爆炸或破坏，并且也可以提供未加工石油产物的战略储备，其具有已分类和已知的性质，从而经济估价可以增加并且更是可预测的。长期石油贮存经常面临随时间推移的品质退化问题。因此，该构造化基层结构可以任选地用于长期质量保证和贮存，并减少关于烃产物分解和降解的顾虑。

在另一方面，高质量液体产物可以与更粘的低质量(例如较低API)烃产物掺合。例如，从蓄积池生产的干酪根油可与沥青掺合以形成掺合油。沥青在常规且公认的管道标准下通常不能通过延长的管道输送，并可能具有基本高于干酪根油的粘度和基本低于干酪根油的API。通过掺合干酪根油和沥青，可以使得掺合油变成可输送的，而不需要使用额外的稀释剂或其它粘度或API修改剂(modifier)。结果，掺合油可以被泵送通过管道而不需要额外处理来去除稀释剂或经二级管道返回此类稀释剂。常规地，沥青与稀释剂例如天然气冷凝物或其它低分子量液体混合，从而允许泵送到遥远的位置。稀释剂被去除并经第二管道返回到沥青源。本发明允许消除返回稀释剂并同时对沥青改质。

尽管描述的方法和系统是与采矿相关的，但它们不受地上(非现场)干馏工艺限制或阻碍。该方法改善了表面干馏的益处，其包括由于加工和加热采出的碎石而带来的温度、压力、注入速率、流体和气体组成、产物质量的更优的工艺控制以及更优的渗透性。这些优点是可用的，且同时仍解决大多数制造的表面干馏所不能解决的体积、处理和可量测性问题。

可实现的其它改善涉及环境保护。常规表面干馏具有页岩开采并经过表面干馏之后的废页岩问题。热变质的废页岩需要特殊处理以回收并与地表流域和地下含水层隔离。这些方法和系统可以解决用独特组合方法进行收回和干馏。关于同样是现有表面干馏方法的典型主要问题的空气排放，该方法由于其大容量和高渗透性而能够适应较长的加热停留时间和由此而来的较低温度。在提取工艺中较低温度的一个好处在于可基本限制从油页岩矿石中碳酸盐分解产生二氧化碳，由此显著减少CO₂排放和大气污染物。

应理解，上面提到的布置基于本发明的原理来图示说明本申请。因此，尽管在上面已经结合本发明的示范实施例描述了本发明，但是对本领域技术人员而言显而易见的是可做出很多修改和可替换布置而不背离如权利要求阐述的本发明的原理和概念。

Claims (24)

1.一种构造化的渗透性控制基层结构，其包含：

a)限定密闭体积的渗透性控制蓄积池，其中所述渗透性控制蓄积池由粘土、膨润土、压实填充物、耐火水泥、水泥、合成的土工格栅、玻璃纤维、钢筋、纳米碳、填充的土工布袋、聚合物树脂或其组合形成；

b)在所述密闭体积内的粉碎的含烃材料，所述粉碎的含烃材料形成含烃材料的可渗透体；以及

c)在所述可渗透体的较低部分中定向以生成遍及所述可渗透体的整体对流流型的至少一个对流驱动导管。

2.根据权利要求1所述的基层结构，其中所述对流驱动导管沿所述密闭体积的底部定向。

3.根据权利要求1所述的基层结构，其中所述对流驱动导管沿所述密闭体积的较低外围边缘定向。

4.根据权利要求1所述的基层结构，其中所述至少一个对流驱动导管水平定向。

5.根据权利要求1所述的基层结构，其中所述渗透性控制蓄积池不含原状地质地层。

6.根据权利要求1所述的基层结构，其中所述对流驱动导管提供足够加热以使主要加热区提高到高于200°F的温度，所述主要加热区是总密闭体积的至少80％。

7.根据权利要求1所述的基层结构，其中所述对流驱动导管使热量均匀地遍及所述可渗透体分布。

8.根据权利要求1所述的基层结构，其中所述控制基层结构直接接触挖掘的含烃材料矿床的壁形成。

9.根据权利要求1所述的基层结构，其中所述控制基层结构是独立式的。

10.根据权利要求1所述的基层结构，其中所述粉碎的含烃材料包含油页岩、沥青砂、煤、褐煤、沥青、泥炭或其组合。

11.根据权利要求1所述的基层结构，其中所述可渗透体进一步包含添加剂或生物质。

12.根据权利要求1所述的基层结构，其中所述可渗透体具有从所述可渗透体总体积的10％到50％的空隙空间。

13.根据权利要求1所述的基层结构，其进一步包含与所述可渗透体热相关的热源。

14.根据权利要求13所述的基层结构，其中所述对流驱动导管被热耦合到所述热源并嵌入所述可渗透体，从而形成在所述可渗透体和所述对流驱动导管内的加热流体之间没有物质转移的封闭加热系统。

15.一种从含烃材料中回收烃的方法，其包含：

a)形成包括限定密闭体积的渗透性控制蓄积池的构造化渗透性控制基层结构，其中所述渗透性控制蓄积池由粘土、膨润土、压实填充物、耐火水泥、水泥、合成的土工格栅、玻璃纤维、钢筋、纳米碳、填充的土工布袋、聚合物树脂或其组合形成；

b)将粉碎的含烃材料引入所述控制基层结构以形成含烃材料的可渗透体；

c)使加热流体以整体对流流型经过整个所述可渗透体，以便从所述可渗透体中去除烃，其中所述整体对流流型是通过在所述可渗透体的较低部分中定向的至少一个对流驱动导管形成的；以及

d)收集去除的烃。

16.根据权利要求15所述的方法，其中所述对流驱动导管被嵌入在所述可渗透体内。

17.根据权利要求15所述的方法，其中所述对流驱动导管被水平定向。

18.根据权利要求15所述的方法，其中所述对流驱动导管被流体耦合到热源，并且所述方法进一步包含使加热流体在封闭环路中循环通过所述对流驱动导管，这足以防止在所述加热流体和所述可渗透体之间的大量物质转移。

19.根据权利要求15所述的方法，其中使加热流体以整体对流流型经过的步骤足够均匀地加热所述可渗透体，并在足以避免二氧化碳或非烃浸析液形成的温度范围内加热。

20.根据权利要求15所述的方法，其中所述对流驱动导管提供足够加热，从而将主要加热区提高到高于200°F的温度，所述主要加热区是总密闭体积的至少80％。

21.根据权利要求15所述的方法，其中所述控制基层结构直接接触挖掘的含烃材料矿床的壁形成。

22.根据权利要求15所述的方法，其中所述控制基层结构是独立式的。

23.根据权利要求15所述的方法，其中所述含烃材料包含油页岩、沥青砂、煤、褐煤、沥青、泥炭或其组合。

24.根据权利要求15所述的方法，其中使加热流体经过的步骤包括将加热气体注入所述控制基层结构，以便在所述加热气体经所述整体对流流型经过整个所述可渗透体时，所述可渗透体主要通过对流加热。