CN108138558A - 含烃材料的分阶段区加热 - Google Patents

Abstract

对碎含烃材料主体进行加热以由碎含烃材料生产烃的方法和系统可涉及依次对所述材料主体的多个区进行加热。示例性方法(100A)可包括形成具有第一区和第二区的碎含烃材料主体(110A)。可在第一加热阶段中对所述第一区进行加热以形成所述第一区中的动态高温生产区域(120A)。然后可在所述高温生产区域形成之后将冷却流体注入到所述第一区中(130A)。所述高温生产区域可在第二加热阶段中移动到所述第二区中。在所述第一加热阶段和所述第二加热阶段期间均可从所述碎含烃材料主体收集烃(140A)。

Description

含烃材料的分阶段区加热

相关专利申请

本申请要求提交于2015年9月30日的美国临时专利申请序列号62/235,091的权益，该专利申请以引用方式并入本文。

技术领域

本发明涉及用于加热含烃材料以由此产生烃的系统和方法。因此，本发明涉及烃生产和热传递的领域。

背景技术

已经开发出由诸如油页岩和焦油砂的各种含烃材料产生烃的许多工艺。历史上，主要的研究和商用工艺包括地上蒸馏器和原位工艺。最近，已经开发出用于从粉碎油页岩中回收油的包封蓄积池(技术)。这些蓄积池主要由土材料形成，其中粉碎油页岩被由岩石、土壤、粘土和土工合成材料等制成的不可渗透的屏障包封。包封的蓄积池可以非常大，有时占地若干英亩，深度达数十米。

通常，用于从油页岩中回收烃产物的方法涉及对油页岩施加热量。加热油页岩允许油页岩中的干酪根通过热解过程分解，产生液体和蒸气烃化合物连同其他产物，诸如水蒸气和残余物。然而，热解油页岩所需的热量通常通过燃烧化石燃料诸如天然气、或从油页岩产生的十足的烃的一部分来提供。这相当于一笔巨大的能量开支，并且增加了油页岩生产的碳足迹。因此，继续研究从油页岩和其他含烃材料产生烃的更有效方法。

发明内容

烃可通过形成碎含烃材料主体并且将热量施加到碎含烃材料来产生。本技术提供了用于通过按顺序加热碎含烃材料主体的相邻区来选择性地加热碎含烃材料主体的部分的方法和系统。该方法和系统可产生烃，同时减少所需的总能量输入。在本技术的示例中，可形成具有第一区和第二区的碎含烃材料主体。第一加热阶段可包括加热第一区以在第一区中形成动态高温生产区域。在第一加热阶段之后，第二加热阶段可包括在高温生产区域形成之后将低温流体注入第一区中。在该阶段期间，高温生产区域可移动到第二区中。在第一加热阶段和第二加热阶段期间，可从碎含烃材料主体收集烃。

在本技术的另一个示例中，用于加热碎含烃材料主体以由此产生烃的系统可包括具有下部区和上部区的碎含烃材料主体。系统还可包括嵌入下部区中的下部加热管道和嵌入上部区中的上部加热管道。收集管道可在上部管道上方的位置处嵌入上部区。系统可包括用以控制传热流体通过加热管道的流动的阀。可使用下部加热阀来控制传热流体到下部加热管道的流动。可使用上部加热阀来控制传热流体到上部加热管道的流动。阀可被配置为按顺序允许传热流体流过下部加热管道，然后流过上部加热管道或流过上部加热管道，随后流过下部加热管道。

因此，已对本发明的较重要的特征进行了广义的概述，以更好地理解接下来的本发明的具体实施方式，并且更好地认识本发明对本领域的贡献。通过本发明的以下具体实施方式结合附图和权利要求，本发明的其他特征将变得更清晰，或者可通过本发明的实践了解到。

附图说明

图1A-图1B是示出根据本发明的实施方案的加热碎含烃材料主体以由此产生烃的方法的流程图；

图2A-图2C是示出根据本发明的实施方案的用于在动态高温生产区域从主体的下部区移动到主体的上部区时加热碎含烃材料主体的系统的示意图；

图3是表示根据本发明的实施方案的随着高温生产区域随时间变化移动而叠加在碎含烃材料主体上的模型温度分布的曲线图；

图4是根据本发明的实施方案的具有嵌入其中的加热管道和收集管道的碎含烃材料主体的横截面图；

图5是根据本发明的实施方案的用于加热碎含烃材料主体的系统的示意图；

图6是根据本发明的实施方案的用于加热碎含烃材料主体的系统的示意图；

图7是根据本发明的实施方案的用于加热碎含烃材料主体的系统的示意图；

图8是根据本发明的实施方案的用于加热碎含烃材料主体的系统的示意图；

图9是根据本发明的实施方案的用于加热碎含烃材料主体的系统的示意图；

图10是根据本发明的实施方案的用于加热碎含烃材料主体的系统的示意图；

图11是根据本发明的实施方案的用于加热碎含烃材料主体的系统的示意图；

图12是根据本发明的实施方案的用于加热碎含烃材料主体的系统的示意图；

图13是根据本发明的实施方案的用于加热碎含烃材料主体的系统的示意图；

图14是根据本发明的实施方案的用于加热碎含烃材料主体的系统的示意图；

图15是根据本发明的实施方案的用于加热碎含烃材料主体的系统的示意图；

图16A是根据本发明的实施方案的加热管道的剖视图；以及

图16B是根据本发明的实施方案的加热管道的底部平面图。

提供这些附图以说明本发明的各个方面而不是意图在尺寸、材料、构型、布置或比例方面进行范围的限制，除非权利要求另有限制。

具体实施方式

虽然这些示例性实施例足够详细地描述以使本领域的技术人员能够实践本发明，但是应当理解，其他实施例也可以实现并且在不脱离本发明的精神和范围的前提下可对本发明作出各种改变。因此，如权利要求书所要求的，本发明的实施例的以下更详细的描述并不旨在限制本发明的范围，但是仅仅为了说明而非限制的目的而呈现以描述本发明的特征和特性，阐述本发明的最佳操作模式，并且充分地使本领域的技术人员能够实践本发明。因此，本发明的范围仅由所附的权利要求书来限定。

定义

在描述和要求保护本发明时，将使用下面的术语。

如本文所用，“含烃材料”是指任何包含烃类的材料，可从该材料中提取或衍生烃类产物。例如，可直接提取液态烃，通过溶剂提取来移除烃、直接蒸发烃、从原料材料转化烃，或以其他方式从材料中提移出烃。许多含烃材料包含油母质或沥青，其通过加热和热解转变为可流动或可回收的烃。含烃材料可包括但不限于油页岩、焦油砂、煤、褐煤、沥青、泥煤和其他富有机质岩石。因此，现有的含烃材料可以通过化学转化从此类原料升级和/或释放成更有用的烃产物。

如本文所用，“含烃材料废渣”和“油页岩废渣”是指已经用于生产烃的材料。通常在由含烃材料产生烃之后，剩余的材料主要为大部分有机物质已被去除的矿物质。

如本文所用，“富含烃材料”和“富油页岩”是指具有相对高的烃含量的材料。作为例子，富油页岩通常可具有12重量％至25重量％的烃含量，并且有些情况下更高。

如本文所用，“不凝性气体”是指含有不易冷凝的化合物的气体，诸如但不限于氮气、二氧化碳、轻质烃(例如，甲烷、乙烷、丙烷、丁烷、戊烷、己烷)等。

如本文所用，“压实土质材料”是指颗粒材料，诸如土壤、砂石、砾石、碎石、粘土、废页岩，这些材料的混合物以及类似材料。适用于本发明的压实土质材料通常具有直径小于约10cm的粒径。

如本文所用，“动态高温生产区域”是指碎含烃材料主体的体积部分，该体积部分保持在足以产生烃产物的生产温度下。动态生产区域被保持和操作以便动态地前进或推进穿过相邻区上的含烃材料的主体。

如本文所用，每当提及任何特性，而该特性可以具有在不同值之间的分布(诸如温度分布、粒径分布等)时，除非另有说明，该被提及的特性是指表示分布的平均值。因此，“粒度”是指数均粒度，并且“碎含烃材料主体的温度”是指加热材料的主体的平均温度。

应注意的是，除非上下文清楚地指明，否则在本说明书和所附权利要求中所用的单数形式“一个”、“一种”和“所述”包括复数指代物。因此，例如，提及“一层”包括一个或多个这样的特征，提及“一个颗粒”包括提及一个或多个这样的元素，并且提及“生产”包括提及一个或多个这样的步骤。

如本文所使用的，术语“约”和“大约”用于提供灵活性，诸如指示例如数值范围端值中的给定值可以“稍高于”或“略低于”端值。本领域的技术人员可以基于具体情况容易地确定特定变量的灵活程度。

如本文所用，术语“基本上”是指动作、特性、性质、状态、结构、物件或结果的完整或接近完整的范围或程度。在某些情况下，与绝对完整性的精确容许偏差度可能取决于具体情况。然而，接近完整的程度通常将具有犹如获得了绝对和完全完整的相同总体结果。“基本上”是指足够小的偏差程度，以致无法测量从所标识的特性或环境的减损。在一些情况下，容许的精确偏差度取决于具体情况。使用“基本上”同样适用于以负面含义来指完全缺乏或接近完全缺乏某个动作、特性、性质、状态、结构、物件或结果的情况。

如本文所用，“邻近”是指两个结构或元件接近。具体地讲，被识别为“邻近”的元件可邻接或连接。此类元件还可以彼此靠近或接近，而不一定彼此接触。在一些情况下，精确的接近度可以取决于具体情况。另外，相邻结构或元件在某些情况下可以由在所述相邻结构或元件之间的额外结构或元件分开。

如本文所用，为方便起见，多个物品、结构元件、组成元件和/或材料可以在相同列表中表示。然而，这些列表应理解为列表的每个构件独立地识别为单独且唯一的构件。因此，在没有相反指示的情况下，不应单独地基于它们在相同组中的表现，将此类列表的任何单个构件理解为相同列表的任何其他构件的实际等同物。

本文可能以范围格式表示浓度、含量和其他数值数据。应当理解，此类范围格式的使用仅仅出于方便和简洁目的，并且应灵活解读为不仅包括明确引用为范围限值的数值，还包括涵盖在该范围内的所有单个数值或子范围，如同明确引用每个数值和子范围。例如，约1至约4.5的数值范围应被理解为不仅包括明确叙述的1至约4.5的限制，而且还包括单个数值(诸如2、3、4)和子范围(诸如1至3、2至4)等。相同原理适用于叙述仅一个数值的范围，诸如“小于约4.5,”，这应被理解为包括所有上述值和范围。另外，这样的解释应不管范围的宽度或所描述的特性而应用。

任何方法或工艺权利要求中所引用的任何步骤可以按任何顺序执行并且不限于权利要求中提供的顺序。装置加功能或步骤加功能限制仅仅用在特定的权利要求限制中，在这种限制中满足所有的下列条件：a)明确记载了“用于……的装置”或“用于……的步骤”；以及b)明确引用对应功能。在本文的说明中明确引用了支持装置加功能的结构、材料或行为。因此，本发明的范围应仅由所附权利要求及其合法等同条件确定，而非由本文给定的描述和例子确定。

现在将参考所示的示例性实施例，并且本文将使用具体语言来描述这些示例性实施例。然而应当理解，并不旨在对本技术的范围进行任何限制。本技术的其他特征和优点将通过接下来的具体实施方式显而易见，并且该具体实施方式结合附图一起以举例的方式示出本技术的特征。

根据以上发明内容中陈述的一般性例子，在本公开中应注意的是，当描述系统或相关设备或方法时，各个或单独的描述被认为可适用于另一个，不论是否在特定例子或实施例的上下文中明确描述。例如，在讨论设备本身时，在这样的讨论中也包括了其他设备、系统和/或方法实施例，反之亦然。

此外，可以从本公开和说明衍生出各种修改和组合，因此，以下附图不应被认为是限制性的。

含烃材料的分阶段区加热

本技术提供了用于加热碎含烃材料主体以从材料中产生烃的方法和系统。用于由含烃材料产生烃的一些先前技术涉及将含烃材料的主体加热一段时间。然而，含烃材料的整个主体在制造过程期间通常已被加热到大致均匀的温度。相反，本发明的方法涉及在不同时间加热碎含烃材料主体的多个区。这些区可以是含烃材料的主体的竖直堆叠的部分。例如，碎含烃材料主体可被分成至少下部区和上部区，但是可存在任何数量的附加中间区。这些区可被按顺序加热，从下部区开始并向上移动或从上部区开始并向下移动。相邻区通常也不通过屏障彼此物理分离，并且在一些情况下，区具有彼此基本上相似的组成、孔隙度和粒度。

在顺序加热区中加热碎含烃材料主体可减少由材料产生烃所需的总体能量输入。因此，由本技术提供的方法和系统可提高由含烃材料产生烃的生产效率。在一些示例中，第一区可被加热，使得较高温度的区域在第一区中形成。在一些情况下，第一区可通过使加热气体流入第一区中来加热。加热气体的温度可使得第一区中的含烃材料达到足以产生烃产物的生产温度。加热气体的流速可足以将第一区中的含烃材料在生产温度下保持足以产生所需量的烃的时间。该高温区域的特征可在于加热流体通过碎含烃材料的颗粒之间的空隙空间的对流和强制流动。流体可包括从含烃材料释放的烃，注入的传热流体，或者最通常是两种流体的组合。

在加热碎含烃材料主体的第一区以形成高温生产区域之后，可以在高温生产区域之后将相对较冷流体注入第一区中。通常，较冷流体可以是在低于生产区域中保持的生产温度的温度下引入的任何流体。在注入较冷流体时，较冷流体可置换高温生产区域中的热流体，以产生通过生产区域朝向收集点进入相邻区中的强制质量流。当热量在流体含烃材料和固体含烃材料之间传递时，较冷流体可将热量从第一区中的热含烃材料中吸取出来，而置换的较热流体开始将热量传递至碎含烃材料主体的第二区中的含烃材料。因此，来自第一区中废含烃材料的热量可被回收并且重新导向，以帮助从第二区中的含烃材料产生烃。当第一区冷却并且第二区被加热时，高温生产区域有效地逐渐从第一区迁移到第二区中。

根据系统的所需操作参数，高温生产区域可通过碎含烃材料主体向上或向下移动。在一些示例中，加热可在碎含烃材料主体的底部处开始，然后可将较冷流体注入底部区中以向上移动高温生产区域。在其他示例中，加热可在主体的顶部处开始，然后可在顶部处注入较冷流体以向下移动高温生产区域。无论如何，当高温生产区域从第一区移动到第二区中时，第二区中的碎含烃材料的温度增加直到足以生产烃的温度。在一些情况下，可将额外的补充热量添加到第二区，如下文更详细地所述。

与这些原理相一致，热能可经由封闭的加热环路或者将加热流体直接注入碎含烃材料中来引入。随着含烃材料被加热，烃产物形成。因此，对流热传递和质量传递同时发生，伴随着随同浮力效应。传质速率可以是由注入的加热流体(例如，任选再循环的不凝性烃产物)和当前产生的烃产物(例如，非再循环的烃产物)提供的流量的函数。因此，输入生产区域中的热能可保持期望的时间段以促进从该区生产期望量的烃产物。

理想的是，这导致烃前体100％转化为烃产物。然而，在实践中，由于各种原因，仅生产一部分潜在材料。无论如何，随着烃产物产生，传质速率可用于在收集点处将烃产物穿过并拉出主体，同时还平衡进出生产区域的传热速率。随着区变得耗尽，输入热能速率和质量流动速率可被调整，以允许动态高温生产区域迁移或推进到相邻区。这可通过注入冷却流体来完成，如本文所述。当冷却流体经过该区域时，热量首先被冷却流体捕获在生产区域的后退边缘处，并且通过主体朝向生产区域的前沿传递。因此，动态高温生产区域可沿着顺序相邻区推进穿过含烃材料的主体。

值得注意的是，可保持加热流体和冷却流体质量流动速率(即，空间速度)，以便实现热定义生产区域的期望推进，同时还避免形成所谓的瑞利-贝纳尔对流。这样的瑞利-贝纳尔对流可导致不期望的整体质量和与期望方向相反的热流，这取决于操作方向。因此，加热流体、冷却流体和烃产物将通常沿着共同的整体方向流过含烃材料的主体。相反，尽管加热流体和烃产物可经过生产区域，但热定义的生产区域可保持静止或以明显且基本上较慢的速率逐渐缓慢迁移通过主体。

使用本文所述的方法加热区中的碎含烃材料主体可提高烃生产的效率。在一些情况下，与将碎含烃材料的整个主体同时加热的过程相比，可以减少用于加热碎含烃材料的能量的总量。当材料的多个区按顺序加热时，材料主体的整体平均温度低于整个主体被同时加热时的整体平均温度。另外，在高温生产区域之后注入冷却流体可通过从第一区中的待用于加热第二区的废含烃材料回收一些热量来增加效率。这也可在烃生产过程结束时提供碎含烃材料主体的较冷整体温度的优点。因此，可能需要较少的冷却来将含烃材料的温度降低至适于回收和/或停机的温度。

在一些示例中，可以在整个加热阶段从下部区或上部区中的位置不断收集烃。从区收集的烃可包括气态烃。当注入冷却流体以重新定位高温生产区域时，从第二区收集烃可帮助将高温生产区域拉到第二区。在另外的示例中，气态产物和液态烃可从其他位置收集，包括碎含烃材料主体的任何中间区。

在某些示例中，本文所述的方法可应用于与在美国专利No.7,862,705中描述的系统类似的胶囊内烃生产系统，该专利以引用方式并入本文。在这些示例中，碎含烃材料主体可形成在蓄积池内，该蓄积池防止气体和液体不受控制地迁移进入和离开蓄积池。蓄积池可包括具有包含颗粒土质材料的多个层的壁，如下文更详细地所述。

考虑到以上描述，图1A是示出根据本发明的实施方案的加热碎含烃材料主体以由此产生烃的方法100A的流程图。方法包括形成具有下部区和上部区的碎含烃材料主体110A；在第一加热阶段期间加热下部区以在下部区中形成高温生产区域120A；在第二加热阶段中将冷却流体注入到高温生产区域下方的下部区中，使得高温生产区域向上移动到上部区中130A；以及在第一加热阶段和第二加热阶段期间从碎含烃材料主体收集烃140A。

在类似的描述中，图1B是示出加热碎含烃材料主体以由此产生烃的方法100B的流程图。方法包括形成具有下部区和上部区的碎含烃材料主体110B；在第一加热阶段期间加热上部区以在上部区中形成高温生产区域120B；在第二加热阶段中将冷却流体注入到高温生产区域上方的上部区中，使得高温生产区域向下移动到下部区中130B；以及在第一加热阶段和第二加热阶段期间从碎含烃材料主体收集烃140B。

在一些示例中，碎含烃材料主体可由诸如开采的油页岩、焦油砂、褐煤、沥青、煤、泥煤、收获的生物质或另一种富含烃材料之类的材料形成。碎含烃材料可被蓄积池容纳，该蓄积池形成包封碎含烃材料主体的不可渗透屏障。在一些情况下，蓄积池的尺寸可相对较大。较大的蓄积池或具有多个蓄积池的系统可以容易地产生烃产物以及比得上或超过较小蓄积池的性能。作为例证，单个蓄积池的尺寸可以在从15米到200米，通常从约100到160米的范围内。最佳的蓄积池尺寸可以根据含烃材料和操作参数而变化，然而合适的蓄积池区域的顶部平面表面积通常可以在约二分之一英亩至十英亩范围内。另外，蓄积池可以具有约10m至约50m的深度。

含烃材料的主体也可以形成粉碎的颗粒材料，该颗粒材料尺寸被设计为获得期望的目标空隙空间。适用于本发明的主体可具有大于约10％的空隙空间，并且通常具有约20％至50％的空隙空间，但其他范围也可为合适的，诸如最多至约70％。允许高渗透性有利于通过作为主要传热机构的对流加热主体，同时也大幅降低与压碎成非常小的尺寸相关联的成本，例如，低于约2.5至约1cm。特定目标空隙空间可根据特定含烃材料和期望的工艺时间或条件而变化。根据材料类型、期望的加热速率以及其他因素，在整个可渗透主体上的粒度可以有相当大的变化。作为一般准则，可渗透主体可包括平均高达约2米的粉碎含烃粒子，并且在一些情况下小于30cm，而在其他情况下平均小于约16cm。然而，就实际问题而言，最大粒度可在约5cm至约60cm的范围内，或者在一方面约16cm至约60cm的范围内，可提供良好的结果，其中约30cm平均直径对油页岩尤其有用。任选地，主体可包括双峰或多峰尺寸分布，以便提供空隙空间和暴露的颗粒表面积的增加平衡。

蓄积池可包括阻隔层以防止产生的烃和加热流体从蓄积池逸出，同时还防止空气或其他不需要的流体从环境中进入。一般来讲，蓄积池可包括底板部分、顶板部分和连接底板与顶板的侧壁部分，以形成封闭体积，该封闭体积包含碎含烃材料并且限制流体在蓄积池外的流动。顶板部分限定封闭体积的上部部分，并且与侧壁邻接。底板也与侧壁邻接，并且可根据需要是基本上水平的或者朝向排放口倾斜，以便收集在含烃材料的处理期间提取的烃流体。

在一些实施方案中，蓄积池可沿着挖出的含烃材料沉积物的壁形成。例如，油页岩、焦油砂或煤可从沉积物开采以形成大致对应于蓄积池的期望包封体积的空腔。挖出的空腔然后可用作蓄积池的底板和壁的支撑。在另选实施方案中，如果蓄积池部分或基本上高于地面水平，则可在蓄积池的外壁表面周围形成护台。蓄积池可以是地面上独立式构造的一部分，其中护台支撑侧壁，并且蓄积池的底板由蓄积池下面的地面支撑。

蓄积池可基本上没有原状地层。具体地讲，蓄积池可被完全构造和人造为单独的隔离机构，以用于容纳碎含烃材料主体并且防止流体不受控制地迁移进入和离开碎含烃材料主体。原状地层可具有裂缝和孔隙，该裂缝和孔隙使得地层对于液体和气体可渗透。在不使用原状地层作为底板或壁的情况下，将蓄积池形成为完全人造的结构可降低任何液体或气体渗出地质层的风险。然而，在一些实施方案中，蓄积池可采用挖出的地质层表面的某些元素。例如，在一些地层中，开挖的底板和壁可能具有足够低的自然渗透性，因此对于蓄积池的部分而言可能不需要附加阻隔层。

蓄积池通常可包括底板，从底板向上延伸的侧壁和在侧壁上方延伸的顶板，以限定封闭体积。底板、侧壁和顶板中的每个可由多层构成，包括细粒或其他绝缘材料的内层和膨胀粘土改良的土壤或类似流体屏障材料的外层。任选地，除了膨胀粘土改良的土壤之外，还可采用进一步防止流体通过蓄积池外部的外膜作为流体屏障。如果主密封层出于任何原因失效，则外膜可用作次级备用密封层。高温沥青或其他流体屏障材料的内层也可以可选地施加到细粒层的内表面并且限定蓄积池的内表面。

膨胀粘土是无机材料，其可被水合，从而导致粘土膨胀或以其他方式形成流体流动的屏障。蓄积池可包括由干粘土和其他土质材料的粒子形成的阻隔层，然后粘土可被水合以使粘土粒子膨胀并且形成屏障。通常，这样的组隔层可由共同形成基本上连续的流体屏障的颗粒的固相和水的液相形成。例如，组隔层的底板、壁和顶板可使用膨胀粘土改良的土壤形成。当膨胀粘土被水合时，其膨胀并填充土壤中其他材料粒子之间的空隙空间。以这种方式，膨胀粘土改良的土壤对流体的渗透性降低。在膨胀粘土和其他土质材料充分混合的情况下，阻隔层对于流体流动可以是基本上不可渗透的。合适的膨胀粘土的一些示例包括膨润土、蒙脱石、高岭石、伊利石、绿泥石、蛭石、泥板岩、绿土等。

形成蓄积池的组合多层也可用于隔离含烃材料主体，使得封闭体积内的热量被保留以便于从含烃材料去除烃。在一些示例中，蓄积池可包括细粒(诸如砂砾或碎废油页岩)的层，以隔离蓄积池。该细粒层可具有穿过层的温度梯度，该温度梯度足以允许膨胀粘土改良的土壤层足够冷以保持水合。形成细粒层的材料可以是直径小于约3cm的颗粒材料。

可以用任何合适的方法形成蓄积池。然而，在一个方面，蓄积池是在地面上方形成的。形成一个或多个壁以及在壁内形成碎含烃材料主体可在材料以预定图案沉积的竖直沉积过程中同时完成。例如，多个斜槽或其他颗粒递送机构可以被取向为沿着沉积材料上方的相应位置。通过选择性地控制递送的颗粒的体积和在该系统鸟瞰图中每种相应的颗粒材料被递送的位置，可以从底部到舱顶同时地形成各层和结构。蓄积池的侧壁部分可形成为在底板外周处连续向上的延伸部，并且如果存在膜和/或沥青衬里，则存在的每个层(包括膨胀粘土改良的土壤层、细粒层)被构造为底板对应物的连续延伸部。在侧壁的建造期间，可将碎含烃材料同时放置在底板上和侧壁周边内，使得将成为封闭空间的体积随着构造的侧壁的升高而同时被填充。这样，可以避免内部挡土墙或其他侧向约束因素。也可以在竖直建造期间监测这种方法，以便验证在各层界面处的混合是否在可接受的预定公差内(例如，以保持相应层的功能性)。例如，膨胀粘土改良的土壤与细粒的过度混合可能会损害膨胀粘土改良的土壤层的密封功能。可以通过在向上建造时小心地沉积每个相邻层和/或通过增大沉积层厚度来避免这种情况。

当建造过程接近上部部分时，顶板可使用上述相同的递送机构形成，并且仅调整形成顶板层的适当材料的沉积的位置和速率。例如，当达到期望的侧壁高度时，可以添加足量的蓄积池材料以形成顶板。

如图1所示，在形成碎含烃材料主体110之后，碎含烃材料主体的下部区可被加热以形成高温生产区域120。下部区可通常为碎含烃材料主体的任何下部部分。在一些示例中，下部区可以是从碎含烃材料主体的底部延伸至碎含烃材料主体的顶部下方某处的高度的水平层。在碎含烃材料主体容纳在蓄积池中的实施方案中，下部区可从蓄积池的底板延伸至蓄积池的顶板下方的高度。类似地，碎含烃材料主体的上部区可从下部区的顶部延伸直到蓄积池的顶板。在其他示例中，一个或多个附加中间区可在下部区和上部区之间取向。这些区中的每个都可以是碎含烃材料主体的基本上水平的层或切片。在某些示例中，高温生产区域可占据碎含烃材料主体的体积的约四分之一至约一半。在特定示例中，高温生产区域可占据主体的体积的大约三分之一。因此，下部区可以是主体的底部三分之一，上部区可以是主体的最顶部三分之一，并且主体的中间三分之一可以是中间区。根据本发明的一些示例，区可被按顺序加热，从下部区开始然后向上前进到上部区。类似地，区可从上部区开始加热，并且向下前进到下部区，如图1A所示。

在一些实施方案中，一个或多个加热管道可嵌入下部区或上部区以加热相应区，从而形成高温生产区域。加热管道可以是闭环或开环加热管道。闭环加热管道可通过间接加热来加热含烃材料。传热流体可流过闭环加热管道并且将热量通过管道的壁传递到碎含烃材料主体。这可升高含烃材料粒子之间的间隙空间中的固体含烃材料和任何流体的温度，例如空气或气态烃。因此，可形成高温生产区域。

用于与闭环加热管道一起使用的传热流体可包括便于流过管道的任何流体。在一些示例中，传热流体可选自空气、水、饱和蒸汽、过热蒸汽、有机油、硅油、乙二醇、熔融盐、二氧化碳、轻质烃、氢以及它们的组合。

在包括开环加热管道的实施方案中，碎含烃材料主体可通过直接加热来加热。开环加热管道可包括穿孔以用于将传热流体注入碎含烃材料主体中。与闭环加热相比，开环加热理论上可提供无限的传热面积，因此可以使用较少数量的管道和较小直径的管道。在一些情况下，可使用开环加热管道和闭环加热管道的组合。例如，开环直接加热通过在下部区中注入传热流体，并且闭环加热在上部区内取向以保持期望的温度。

用于与开环加热管道一起使用的传热流体可包括与被加热的含烃材料相容的任何流体。在一些情况下，当含烃材料处于高温下时可避免空气以避免正在产生的烃的氧化或燃烧。在某些示例中，非氧化传热流体(诸如蒸汽)可用于直接加热碎含烃材料主体。可使用的其他传热流体包括处于低于含烃材料的燃烧温度的温度下的空气，氢，以及烃诸如从含烃材料产生的再循环轻质烃。在某些示例中，从含烃材料产生的不凝性烃可被再循环并且重新注入到碎含烃材料主体中作为加热流体或冷却流体。在加热期间，再循环的不凝性烃可被加热到生产温度，然后注入到主体中。当用作冷却流体时，不凝性烃可在不加热的情况下重新注入。因此，不凝性烃在重新注入到碎含烃材料主体中之前可被冷却。在一个示例中，不凝性烃产物可作为冷却流体在100℉(37.8℃)至200℉(93.3℃)的温度下，并且在特定示例中，在130℉(54.4℃)下重新注入。

图2A-图2C是示出用于在高温生产区域从主体的下部区移动到主体的上部区时加热碎含烃材料主体的系统200的示意图。高温生产区域还可形成在上部区中，在这种情况下，生产区域从主体的上部区移动到主体的下部区。在图2A中，碎含烃材料主体210包括下部区，该下部区具有嵌入其中的直接加热管道220。直接加热管道包括用于注入传热流体230(由从穿孔延伸的箭头指定)的穿孔225。注入传热流体在下部区中形成高温生产区域240。系统还包括嵌入上部区中的收集管道250，其具有用于收集由含烃材料产生的烃的收集穿孔255。随着过程开始，收集管道也可收集空气，该空气在注入传热流体时从碎含烃材料主体内排出。

图2B示出其中冷却流体260(由从直接加热管道220中的穿孔225延伸的箭头指定)被注入到下部区中的第二加热阶段。当注入冷却流体时，高温生产区域240朝向被碎含烃材料主体210的上部区上升。在所示的特定实施方案中，直接加热管道用于注入传热流体和冷却流体。然而，在其他实施方案中，使用用于传热流体和冷却流体的单独注入管道。

图2C示出其中高温生产区域240已上升到碎含烃材料主体210的上部区中的第二加热阶段的结束。高温生产区域可以足够慢的速率移动，以允许生产区域内的碎含烃材料被加热到生产温度，即可由含烃材料产生烃的温度。生产区域的移动速率可通过冷却液的注入速率来控制。

高温生产区域可缓慢移动，使得碎含烃材料主体的总加热时间相对较长。例如，在一些例子中，加热时间可以为约3天至约2年。在其他例子中，加热时间可以为约3个月至约1年。在一些实施方案中，加热时间可足以从含烃材料中回收大部分烃。在一个示例中，加热时间可足以从含烃材料中回收至少约70重量％，并且在一些情况下，至少约90重量％的可转化烃。在某些情况下，相比于以较高温度加热较短时间，以长加热时间结合中等温度使用可产生质量更好的烃产品。

高温生产区域的运动速率可与注入到碎含烃材料主体中的流体的流速有关。移动穿过碎含烃材料主体的流体的流速可被定量为空间速度。如本文所用，“空间速度”是指注入到碎含烃材料主体中的流体的体积流速除以碎含烃材料主体的体积的商。空间速度的时间维度为^-1。在一些实施方案中，注入到碎含烃材料主体中的流体的空间速度可以为0.1hr^-1至0.6hr^-1。

在另外的示例中，注入到碎含烃材料主体中的流体的流速可足以基本上保持碎含烃材料主体内的单向流动。这意味着占据碎含烃材料的粒子之间的体积的大部分(诸如大于80体积％或大于90体积％)的流体沿一个共同方向从加热/冷却流体注入的位置朝向其中流体和烃产物从系统去除的收集位置流动。在一个示例中，注入流体的流速可足够大以防止由于碎含烃材料主体内的温度差而引起的对流循环的形成。在一些情况下，当注入流体的流速太慢时，特别是当较热区位于较冷区下方时，可在碎含烃材料主体内形成对流气流。在这种情况下，浮力可导致热气体向上升，然后随着气体冷却而向下循环返回。因此，在一些示例中，注入流体的流速可比发生这样的对流的速率更快，使得基本上减少或防止了这样的对流。以这种方式，最热流体可被保持在碎含烃材料主体的生产区内，使得可以更有效地从含烃材料中回收烃。

图3示出了在上述加热阶段期间叠加在碎含烃材料主体210上方的模型温度分布图。第一加热阶段310期间的温度分布图在下部区中的高温生产区域内显示出更高温度。第二加热阶段320开始时的温度分布图显示出该更高温度的区域向上移动到上部区中。然后，第二加热阶段330中随后的温度分布图在上部区内显示出更高温度的区域。每个温度分布图沿着水平x轴表示温度，而碎含烃材料主体内的高度表示为温度分布图沿着竖直y轴叠加在碎含烃材料主体上方的高度。应当注意，该图表示单个实施方案中的温度分布图的简化，并且本发明也涵盖多种其他温度分布图以及连续加热方法。例如，所示的分布图示出了采用连续阶段时随时间推移而降低的平均高温。然而，当生产区域向上或向下移动穿过碎含烃材料主体时，可使用补充性中间加热来调节生产区域的平均温度。类似地，高温生产区域可在生产区域的向上或向下流动期间扩大。例如，占据10％竖直高度的初始生产区域可在最上部区或最下部区处扩大到20％的最终末端高度。然而，在没有额外能量输入的情况下，这也会使平均高温降低。只要在生产区域内保持足以生产所需烃的最小操作温度，生产区域的操作温度的这种降低就可接受。

除了碎含烃材料主体的下部区和上部区之外，该主体还可包括一个或多个中间区。高温生产区域可移动穿过每个中间区，使得中间区中的碎含烃材料被加热到足够的温度以由碎含烃材料生产烃。生产区域也可足够缓慢地移动，使得含烃材料在生产温度下保持足够的时间以去除含烃材料中所含的大部分烃。在一些示例中，可释放并收集含烃材料中所含的至少约70重量％、及在一些情况下至少约99重量％的可转化烃。

在一些情况下，高温生产区域可趋于随时间推移而温度降低，因为冷却的碎含烃材料会从生产区域中的流体吸收热量。因此，可能的是，生产区域的温度可降至低于中间区或者上部区或下部区中的所需生产温度。因此，在一些实施方案中，可通过对生产区域所处的区进行补充性加热来升高生产区域的温度。当使用补充性加热时，达到该区中的生产温度所需的能量的总量一般可较少，因为该区可已经由生产区域加热到生产温度附近。在一些示例中，可使用补充性加热确保每个区被加热到大致均匀的生产温度，同时移动的高温生产区域大大减少了将每个区加热到生产温度所需的总能量输入。

一般来讲，高温生产区域可占据与整个碎含烃材料主体的一部分相对应的竖直层。竖直层通常可占据碎含烃材料主体的竖直深度的约5％至50％。在一些情况下，竖直层和生产区域可占据竖直深度的约8％至约25％。

目标生产温度可以有相当大的变化，具体取决于待处理的含烃材料的类型和烃产物的所需类型。在一些情况下，可保持碎含烃材料主体中的温度和压力条件，使得主要产生气态烃产物，而很少或没有产生液态烃。一般来讲，生产温度可为约200℃至约550℃。在更具体的示例中，生产温度可为约350℃至约450℃。在还另外的示例中，生产温度可为约200℃至约400℃。

碎含烃材料主体内的压力可保持在约1个大气压至约1.4个大气压，并且通常保持在约1个大气压至1.1个大气压，但其他压力也可为合适的。

可通过嵌入在中间区和上部区或下部区中的附加加热管道对中间区和上部区或下部区进行补充性加热。加热管道可通过直接或间接加热对这些区进行加热。在一些情况下，加热管道可被构造为通过注入传热流体来对这些区进行直接加热。当高温生产区域移动到特定区中时，可通过注入附加传热流体对该区进行补充性加热。该传热流体可补充高温生产区域，从而确保高温生产区域保持在生产温度下。在另外的示例中，加热管道不仅可用于注入传热流体，而且可用于注入冷却流体。在一个实施方案中，可通过将传热流体注入到中间区中来对中间区进行补充性加热。在该补充性加热后，当高温生产区域移出中间区并进入下一区时，可使用相同管道注入冷却流体。或者，即使在对中间区进行加热之后，也可使用嵌入在第一区中的管道注入冷却流体。

在该生产工艺期间，可从碎含烃材料主体内的一个或多个位置收集烃产物。可在第一加热阶段、第二加热阶段和对中间区进行补充性加热的任何中间加热阶段中的任何或所有阶段期间进行该收集。在一些实施方案中，可从下部区中的位置收集液态烃。例如，碎含烃材料主体可在蓄积池内，且在蓄积池的底部中具有用于收集液态烃的排放口。在另外一个实施方案中，蓄积池的底部可为倾斜的以将液态烃引向排放口。在另一个实施方案中，排放盘可嵌入在下部区中以收集液态烃。

另外，可从材料主体内的其他位置收集液态烃和气态烃。例如，收集管道可置于上部区中和中间区中以从多个位置收集烃。在一些情况下，用于注入传热流体的相同管道也可用于收集烃。在其他情况下，可使用专用收集管道。在一些示例中，从碎含烃材料主体内的不同高度处的多个位置收集烃产物可允许在不同位置处收集产物的不同组合物。这可通过在所产生的烃流过碎含烃材料的颗粒时不同分子量、蒸汽压、露点等的烃之间的自然分离效应引起。

图4是根据本发明的实施方案的其中嵌入有加热管道420和收集管道430的碎含烃材料主体410的剖视图。在该图中，碎含烃材料主体被细分为竖直切片440。每个竖直切片包括三排加热管道，每排有两个加热管道。这些排竖直地间隔开，使得每排加热管道被构造为对碎含烃材料主体的不同区进行加热。在该特定实施方案中，下排加热管道对下部区进行加热，中排加热管道对中间区进行加热，并且上排加热管道对上部区进行加热。一排收集管道嵌入在加热管道上方的上部区中。应当注意，该图仅示出了加热管道和收集管道的一种具体构型，并且本发明涵盖多种其他构型。

本发明还扩展到用于对碎含烃材料主体进行加热以由碎含烃材料生产烃的系统。一般来讲，此类系统可包括具有下部区和上部区的碎含烃材料主体。这些系统还可包括至少一个加热管道和至少一个收集管道，使得这些系统能够执行上述方法。此外，用于对碎含烃材料主体进行加热的系统可包括上文针对对碎含烃材料主体进行加热的方法所述的任何部件。这些系统可被构造为执行任何上述方法。

在特定实施方案中，用于对碎含烃材料主体进行加热以由碎含烃材料生产烃的系统可包括碎含烃材料主体。碎含烃材料主体可具有下部区和上部区。下部加热管道可嵌入在下部区中，并且上部加热管道可嵌入在上部区中。收集管道可在上部加热管道上方的位置处嵌入在上部区中。该系统还可包括下部加热阀和上部加热阀。这些阀能够使传热流体可切换式地分别流过下部加热管道和上部加热管道。换句话讲，可打开这些阀以允许传热流体流过管道，或可关闭这些阀以停止流动。此外，这些阀可被构造为依次允许传热流体首先流过下部加热管道，然后流过上部加热管道，或者首先流过上部加热管道，然后接着流过下部加热管道。当该系统用于对碎含烃材料主体进行加热时，高温生产区域可在传热流体流过下部加热管道时形成于下部区中。然后，当高温生产区域上升到上部区中时，可打开上部加热阀以对上部区进行补充性加热。可在传热流体流动到上部区之前停止传热流体向下部区的流动。另外，可在停止传热流体向下部区的流动之后将冷却流体注入到下部区中。

图5是根据本发明的实施方案的用于对碎含烃材料主体510进行加热的系统500的示意图。在所示的具体实施方案中，该系统包括下部区511、中间区512和上部区513。一排下部加热管道521嵌入在下部区中；一排中间加热管道522嵌入在中间区中；并且一排上部加热管道523嵌入在上部区中。另外，一排收集管道524嵌入在上部加热管道上方的上部区中。图5所示的系统还包括燃烧器530、锅炉/过热器531、分离器532、储存容器533以及泵534。多条管路使这些工艺装置互连。这些管路包括烟道气出口540、储水管路541和储油管路542等等。可通过阀550、551、552、553、554、555、556、557、558、559、560、561和562来控制穿过这些管路的流体流。阀550允许助燃空气流动到燃烧器中。阀551允许天然气燃料流动到燃烧器。阀552可打开以允许来自分离器的不凝性气体用作燃烧器中的燃料。阀553是在预热和冷却阶段期间用作传热流体的空气的供应源。阀554允许来自分离器的冷凝水流动到锅炉/过热器中以产生用作传热流体的蒸汽。阀555将来自收集管道的气体导向到进入分离器。阀556将来自收集管道的气体导向到泵以泵送回锅炉/过热器。阀557-561可以以各种组合的方式打开以使传热流体流动到下部区、中间区和上部区。阀562控制来自收集管道的气体向碎含烃材料主体外部的流动。

图5示出了具有打开或关闭的阀的特定组合的系统。所示的阀的特定构型可用于预热与吹扫阶段。在该阶段期间，通过下部加热管道在低于生产温度的温度下对空气进行加热和注入。该预热温度可为例如约50℃至约250℃，或在一些情况下约100℃至约200℃。在一个特定实施方案中，该预热温度可为约350℉(177℃)。在预热阶段期间，水可从含烃材料蒸发，并且可从收集管道收集水与蒸汽的混合物。该空气与蒸汽的混合物可再循环至锅炉/过热器，并且在碎含烃材料主体接近预热温度时重新注入到下部加热管道中。在一些实施方案中，可缓慢升高蒸汽与空气的比率，使得在碎含烃材料主体达到更高温度时注入更少空气。到预热阶段结束时，碎含烃材料主体内部的空气的浓度可降低到低于能支持含烃材料或由其生产的烃的燃烧或氧化的水平。在一个示例中，可从材料主体中逐出空气，直到材料主体中的氧气的浓度低于约6体积％。

图6示出了具有打开和关闭的阀的不同构型的相同系统500。该图示出了对下部区511进行加热的第一加热阶段。在该阶段中，关闭阀553以切断通往锅炉/过热器中的空气。并非使用空气作为传热流体，而是在该阶段期间使用纯蒸汽。通过煮沸和过热来自分离器532的冷凝水来形成蒸汽。通过下部加热管道521注入蒸汽。如上所述，这可使高温生产区域形成于下部区中。

在加热阶段期间，可在生产温度下注入蒸汽。生产温度可为约95℃至约500℃。在更具体的示例中，生产温度可为约100℃至约450℃。在还另外的示例中，生产温度可为约200℃至约400℃。在一个特定实施方案中，在该阶段期间注入的蒸汽的温度可为约730℉(388℃)。可通过收集管道524收集蒸汽与烃产物的混合物。可通过分离器532将该混合物分离为水和烃。液态烃可储存在储存容器533中，而气态烃可用作燃烧器530中的燃料。

图7示出了热回收阶段，在该阶段中将更低温度的蒸汽注入到下部区511中。在该阶段期间，高温生产区域可从下部区上升到中间区512中。低温蒸汽充当下部区中的冷却流体，并且从下部区回收热量。蒸汽可处于约25℃至约250℃、或在一些情况下约100℃至约200℃的冷却温度下。在一个实施方案中，可在约300℉(149℃)下注入蒸汽。在热回收阶段期间，蒸汽与烃产物的混合物继续从收集管道524收集。

图8示出了中间加热阶段，在该阶段中将高温蒸汽注入到中间区512中。在该阶段期间注入的蒸汽可具有与在下部区511的第一加热阶段期间注入的蒸汽相同的温度。在该阶段期间，切断蒸汽向下部区的流动，使得蒸汽仅注入到中间区中。这避免了浪费对下部区中的含烃材料进行加热所需的能量，该含烃材料已经被加热到足以由其生产烃。

图9示出了另一个热回收阶段。该热回收阶段以与第一热回收阶段相同的方式进行。切断蒸汽向中间区512的流动，并且在下部区511中注入低温蒸汽。在该阶段期间，高温生产区域可从中间区移动到上部区513中。

图10示出了对上部区513进行加热的最后一个加热阶段。将高温蒸汽注入到上部区中。在该阶段期间切断蒸汽向下部区511和中间区512的流动。

图11示出了最终冷却阶段。再一次将低温蒸汽注入下部区511中。这可一直继续到整个碎含烃材料主体低于特定温度。例如，可使用蒸汽将材料主体冷却到与蒸汽温度的偏差在约25℃以内的温度。在一个示例中，蒸汽可处于约300℉(149℃)的温度，并且该冷却可一直继续到材料主体达到约350℉(177℃)。此时，可使用更低温度的空气(诸如环境温度空气)将材料主体冷却到最终温度。图12示出了将空气注入到下部区中以冷却材料主体的构型。在一个示例中，可使用环境空气将材料主体冷却到低于约200℉(93℃)。

以上附图示出了本发明的一个实施方案。可使用工艺设备、加热区、管路和阀的其他构型。例如，碎含烃材料主体可分成任何数量的区或按任何区序列进行加热。用于对含烃材料进行加热的系统可包括被构造为依次对这些区进行加热的任何合适的阀布置。在一些实施方案中，可通过将更低温度的冷却流体注入到材料主体中，从而在每个加热阶段之间执行热回收阶段。在每个热回收阶段期间可将冷却流体注入到下部区或上部区中，或可将冷却流体注入到中间区中。

图13示出了根据本发明的实施方案的用于对碎含烃材料主体进行加热的系统600的另一个实施方案。在该实施方案中，工艺设备被构造为允许来自分离器532的不凝性气体用作加热阶段期间的传热流体。可打开阀554以允许不凝性气体被引向间接燃烧式热交换器631，从而对不凝性气体进行加热，然后可将不凝性气体注入到碎含烃材料主体510中。阀553允许空气用作预热阶段期间的传热流体。阀556允许从收集管道524收集的气体再循环并重新用作传热流体。

图13所示的系统可用于如图5至图12所示的类似烃生产工艺，但图13中未示出该工艺的每个单独步骤。在预热与吹扫阶段中，可在间接燃烧式热交换器631中对空气进行加热，然后将空气注入到下部区511中。可从收集管道524收集碎含烃材料主体510中的水蒸发而成的空气与蒸汽的混合物，并且将该混合物再循环至间接燃烧式热交换器。可使用上述的相同预热温度执行该预热与吹扫阶段。图13所示的其他工艺装置对应于图5至图12的系统中的工艺装置。

在预热后，可通过以下方式执行第一加热阶段：切换阀以切断空气向间接燃烧式热交换器631的流动，并且相反使用来自分离器532的不凝性气体作为传热流体。可将不凝性气体加热到生产温度并且注入到第一区511或513中。该生产温度可为任何上述生产温度。在另外一个具体实施方案中，不凝性气体的温度可为约900℉(482℃)。在加热阶段之后，在热回收阶段期间可将更冷的不凝性气体作为冷却流体注入到下部区或上部区中。冷却流体可具有如上所述的冷却温度。在一个具体实施方案中，冷却流体的温度可为约110℉(43℃)。可对如上所述的中间区512和上部区513执行附加的加热阶段和冷却阶段。

图14示出了用于对碎含烃材料主体进行加热的系统700的另一个实施方案。在该实施方案中，将来自燃烧器530的排气引向混合室731，在此将排气与足量的非氧化气体(例如，不含氧气的气体)混合而制成具有预热温度的混合物。该预热温度可为任何上述预热温度。在一个具体实施方案中，该预热温度可为约400℉(204℃)。燃烧器排气可处于诸如约1000℃至约1500℃的燃烧温度。在一个具体实施方案中，该排气温度可为约2500℉(1371℃)。在预热阶段之后，该系统停止使用与非氧化气体混合的燃烧器排气作为传热流体，并且切换为图15所示的构型。在图15中，将燃烧器排气引向间接燃烧式热交换器631而不是混合室。使用间接燃烧式热交换器对来自分离器532的不凝性气体进行加热。在流过间接燃烧式热交换器之后，排气从烟道气出口540排出。可使用阀553添加待用作传热流体的附加天然气。图15所示的其他工艺装置对应于图13至图14中使用的工艺装置。使用该构型时，系统可对如上所述的碎含烃材料主体510的每个区执行加热和冷却阶段。

在通过注入传热流体来直接加热的系统中，加热管道可被构造为在整个受热区中提供均匀注入。在一些示例中，这可通过使用具有用于注入传热流体的相对较小穿孔的加热管道来实现。穿孔的尺寸可被控制为使得流体以大致相同的质量流量从每个穿孔注射出。在一个示例中，穿孔的总面积可显著小于管道的横截面积。在一些情况下，管道中的所有穿孔的总面积可小于管道的横截面积。在具体示例中，管道中的所有穿孔的总面积可小于管道的横截面积的60％，并且在其他情况下为约30％至60％。在另一个具体示例中，来自沿着碎含烃材料主体的整个长度的每个穿孔的流量与来自这些穿孔的平均流量的偏差可在10％以内。

在另外的示例中，加热管道可具有约10"至约40"的直径。在更具体的示例中，加热管道可具有约12"至约36"的直径。在还另外的示例中，加热管道可具有约12"至约20"的直径。这些穿孔的尺寸也可有所变化。在一些示例中，这些穿孔的直径可为约4mm至约10mm。收集管道的直径可从约10"变化至约40"。在一些情况下，收集管道可包括比加热管道更大的穿孔。在一些示例中，收集管道可具有直径为约1"至约3"的穿孔。在一个具体示例中，收集管道可具有直径为约2.6"的穿孔。

在另外的示例中，这些穿孔可位于管道的下表面上。将穿孔置于下表面上而不是上表面上可有助于防止穿孔被含烃材料粉尘或小颗粒堵塞。收集管道在下表面上具有穿孔也是为了减少颗粒材料进入产物流中。

图16A是在管道的下表面上径向地分布有四个穿孔225的加热管道220的剖视图。图16B是该加热管道的底部平面图，示出了管道具有在沿着管道的多个轴向位置处分布的多组四个穿孔。

上述系统的所有方面(包括工艺设备、阀构型以及加热管道和收集管道的设计)均可应用于对碎含烃材料主体进行加热的方法。类似地，方法步骤可应用于本文所述的系统。因此，本发明涵盖结合了本文所述的任何方法步骤和系统元件的方法和系统。

实施例

在900℉下以288,000磅/小时的流量将传热流体提供给碎油页岩主体。表1示出了加热管道直径的三种选择以及对应的供给压力、穿孔直径、管道入口速度和穿孔速度(流过穿孔的流体的速度)。

表1

管道直径	供给压力	穿孔直径	管道入口速度	穿孔速度
					20"	1.0psig	8mm	41m/s	87-81m/s
16"	2.1psig	6mm	63m/s	150-135m/s
					12"	8.7psig	4mm	113m/s	335-305m/s

表2示出了收集管道直径的两种选择，以及对应的系统中的收集管道数量、穿孔直径、管道最大速度和穿孔速度。

表2

管道直径	管道数量	穿孔直径	管道最大速度	穿孔速度
					26"	20	2.6"	20m/s	<1m/s
36"	20	2.6	10m/s	<1m/s

表3示出了其中嵌入有上述20"加热管道的蓄积池的压力平衡。

表3

工作流体供给压力	1psig
		跨越注入管道穿孔的压降	0.5psig
流过油页岩床的压降(假定35％孔隙度)	<0.1psig
		流过收集管道的压降	<0.2psig
蓄积池出口气压	>0.2psig且<0.5psig

所述的特征、结构或特性可以采用任何合适的方式在一个或多个实例中组合。在前面的描述中，提供了许多具体细节(诸如各种构造的实例)以提供对所述技术的实例的全面理解。然而，相关领域的技术人员将认识到，该技术可以在没有一个或多个特定细节的情况下实践或者与其他方法、组件、设备等一起实践。在其他情况下，未示出或详细描述公知的结构或操作以避免模糊该技术的一些方面。

上述具体实施方式参照具体示例性实施例描述了本发明。然而，应当理解，在不脱离如所附权利要求中所述的本发明的范围的情况下，可进行各种修改和变化。具体实施方式和附图应视为仅仅是示例性的，而非限制性的，并且所有此类修改或更改(如果有的话)旨在落入如本文所述和示出的本发明的范围内。

Claims (19)

1.一种对碎含烃材料主体进行加热以由碎含烃材料生产烃的方法，包括：

形成具有第一区和第二区的碎含烃材料主体；

在第一加热阶段期间对所述第一区进行加热以形成所述第一区中的动态高温生产区域；

在所述高温生产区域形成之后将冷却流体注入到所述第一区中，使得所述高温生产区域在第二加热阶段中移动到所述第二区中；以及

在所述第一加热阶段和所述第二加热阶段期间均从所述碎含烃材料主体收集烃。

2.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一区是所述碎含烃材料主体的下部区，且所述第二区是所述碎含烃材料主体的上部区，并且所述高温生产区域在所述第二加热阶段期间向上移动到所述上部区中。

3.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一区是所述碎含烃材料主体的上部区，且所述第二区是所述碎含烃材料主体的下部区，并且所述高温生产区域在所述第二加热阶段期间向下移动到所述下部区中。

4.根据权利要求1所述的方法，其中使用嵌入在所述第一区中的至少一个加热管道来执行所述加热。

5.根据权利要求4所述的方法，其中所述加热管道是闭环加热管道，所述闭环加热管道被构造为通过间接加热来对所述第一区进行加热。

6.根据权利要求4所述的方法，其中所述加热管道是注入管道，所述注入管道被构造为通过注入传热流体来对所述第一区进行加热。

7.根据权利要求6所述的方法，其中所述传热流体包括空气、蒸汽、轻质烃、二氧化碳、氢气或它们的混合物。

8.根据权利要求1所述的方法，还包括在所述高温生产区域至少部分地在所述第二区内时对所述第二区进行补充性加热。

9.根据权利要求1所述的方法，其中所述高温生产区域移动穿过所述第一区与所述第二区之间的至少一个中间区，所述方法还包括在所述高温生产区域至少部分地在所述至少一个中间区内时对所述至少一个中间区进行补充性加热。

10.根据权利要求9所述的方法，其中收集所述烃包括从所述至少一个中间区收集烃。

11.一种对碎含烃材料主体进行加热以由碎含烃材料生产烃的系统，包括：

具有下部区和上部区的碎含烃材料主体；

嵌入在所述下部区中的下部加热管道；

嵌入在所述上部区中的上部加热管道；

在所述上部加热管道上方的位置处嵌入在所述上部区中的收集管道；

下部加热阀，所述下部加热阀与所述下部加热管道操作地相关联，并且能够使传热流体可切换式地流过所述下部加热管道；以及

上部加热阀，所述上部加热阀与所述上部加热管道操作地相关联，并且能够使所述传热流体可切换式地流过所述上部加热管道；

其中所述下部加热阀和所述上部加热阀被构造为依次使所述传热流体流过所述下部加热管道，然后流过所述上部加热管道，或者流过所述上部加热管道，然后流过所述下部加热管道。

12.根据权利要求11所述的系统，其中所述下部加热管道和所述上部加热管道是闭环加热管道，所述闭环加热管道被构造为通过间接加热来对所述碎含烃材料主体进行加热。

13.根据权利要求11所述的系统，其中所述下部加热管道和所述上部加热管道是注入管道，所述注入管道被构造为通过将所述传热流体注入到所述碎含烃材料主体中来对所述碎含烃材料主体进行加热。

14.根据权利要求13所述的系统，其中所述下部加热管道和所述上部加热管道包括穿孔，每个穿孔的总面积小于所述管道的横截面积。

15.根据权利要求11所述的系统，还包括包封所述碎含烃材料主体的蓄积池，其中所述蓄积池包含土质材料。

16.根据权利要求15所述的系统，其中所述蓄积池包括至少部分地由膨胀性粘土形成的阻隔层。

17.根据权利要求15所述的系统，其中所述蓄积池具有约0.5英亩至约10英亩的顶部平面表面积。

18.根据权利要求11所述的系统，还包括与所述下部加热管道和所述上部加热管道操作地相关联的锅炉/过热器，其中所述锅炉/过热器被构造为供给蒸汽作为所述传热流体。

19.根据权利要求11所述的系统，还包括与所述收集管道操作地相关联的分离器，其中所述分离器被构造为供给不凝性气体作为所述传热流体。