CN113361109B - 一种油污土壤分段热脱附处置工艺的能耗衡算方法及其应用 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种油污土壤分段热脱附处置工艺的能耗衡算方法及其应用。以烟气供热与多点热源供热的间接分段热脱附处置工艺过程为对象，基于油污土壤的性质特征，包括土壤含水率及污油实沸点曲线等，针对石油污染土壤物料中的耗能主体，包括水分、污油及土壤，进行各种物相状态的升温能耗分析，建立多段热脱附处置过程的能耗衡算模型，可用于指导热脱附分段供热控温工艺设计，并为热脱附处置运行工况提供能耗参考标准与调控目标，从而实现高效节能降耗的污油土壤达标处置。
Description
技术领域
本发明属于石油污染土壤热脱附处置技术领域，具体涉及一种油污土壤分段热脱附处置工艺的能耗衡算方法及其应用。
背景技术
高浓度石油污染土壤一直以来是石油化工行业生产发展的副产物，喷洒、运输泄露、钻井作业、生产线原料与副产物堆存等，都是造成高浓度石油污染土壤暴露于环境当中的主要途径。高浓度石油污染土壤严重破坏了土壤质地结构，高浓度污油粘附于土壤表面、土壤孔道及土壤微孔隙，并形成物理粘附和化学结合等油土互作过程，导致污染土壤的修复较中低浓度石油污染土壤的处置相比更加困难。在常用的石油污染土壤工程修复案例中，多以土壤稀释、土壤清洗、生物修复等技术为主，这些技术在针对中低浓度石油污染土壤的修复中比较有效，但对于高浓度石油污染土壤的修复而言，难以完成彻底的污油脱附过程，从而很难达到理想效果，故而需要更为强效的修复技术才能应对高浓度油污土壤的强吸附特征。
热脱附修复技术作为一种强效的修复方法，在污染土壤的污油脱附过程中具有理想的处置效果。其作用优势在中低浓度油污土壤的修复中并非十分显著，这源于热脱附过程较高的处置成本，使得在中低难度的石油污染土壤的修复工程应用中，其性价比不高。然而，针对高浓度石油污染土壤的修复，热脱附技术的处置效果优势显著，在其他修复技术难道达到同等修复程度的前提下，热脱附技术甚至可以作为首选修复技术进行工程应用。诚然，尽管热脱附技术在高浓度油污土壤的处置中效果过硬，但高成本的特征仍然是限制其广泛应用的瓶颈问题。
对此，热脱附处置的成本主要来源于高温加热所需的热量消耗供给。在现有的热脱附处置工艺中，多以间接或直接的单点恒温供热为主，利用高于污油馏程最大沸点的温度进行加热脱附。这种供热方式是一种高能耗恒定输出的过程，而针对于污油而言，并非全组分的污油都处于高馏程范围，因此，在污油馏程低于热脱附温度的组分进行脱附处置时，即发生了无效能耗的输出；特别是在热脱附处置的进料里，油污土壤多为具有一定含水率的状态，在初始热脱附处置的过程中，水分将沸腾气化，同时所形成的水蒸气将进一步升温吸热，故而其在脱附炉中的长时间停留将更加消耗能量，而这对于污油脱附而言属于无效能耗部分。
发明内容
本发明目的在于提供一种油污土壤分段热脱附处置工艺的能耗衡算方法及其应用，在上述传统热脱附工艺的较高无效耗能过程的基础上，基于污油土壤热脱附处置进料的各组分耗能特征，针对创新性的分段供热与多点热源热能补给的热脱附工艺过程进行能耗衡算及模型建立，设计烟气初始供热与分段热脱附供热热量，并可进行工况过程检测，使得烟气的分段供热热能与各污油馏程组分处置所需能耗相匹配，从而最大限度的减小无效能耗输出，以期获得高效节能的热脱附处置工艺过程。实现对分段热脱附处置过程中各段脱附温度及对应能耗的调控。
为实现上述目的本发明采用的技术方案为：
一种油污土壤分段热脱附处置工艺的能耗衡算方法，包括：针对油污土壤分段热脱附处置工艺过程，进行各处置工艺段的能量供给与消耗衡算，建立能耗衡算方法模型；对油污土壤中的污油进行分段热脱附处置过程的能耗总体估算，获取热量调控差值；根据热量调控差值调控现场加热设备实现高效节能热脱附工艺处置。
所油污土壤分段热脱附处置工艺过程为：利用高温烟气及多点供热方式进行油污土壤物料加热的分段热脱附处置过程，高温烟气从热脱附炉出料尾端进入，从入料首端排出，脱附炉划分为多段炉室，每段炉体同时设有供热热源。
所述各处置工艺段的能量供给与消耗衡算，包括依据油污土壤中污油的实沸点曲线进行多段脱附温程划分，对应形成多段耗能过程，各段耗能过程叠加构成总体脱附能耗需求。
能耗衡算数量关系的表达形式为油污土壤热脱附分段处置过程的总体能耗衡算模型，涉及物料分段热脱附处置耗能参数、污油物料性质参数及热脱附工艺供热特征参数，具体包括：
1)物料分段热脱附处置耗能参数：(1)土壤物料分段热脱附所需总热量(Qi，i＝1～n)；(2)物料中含水升温至脱附温度所需热量(QHi，i＝1～n)；(3)物料中含水升温至沸点所需热量(QHLi，i＝1～n)；(4)物料中含水气化过程所需热量(QHLGi，i＝1～n)；(5)物料中水蒸汽升温至脱附温度所需热量(QHGi，i＝1～n)；(6)物料中污油分段热脱附所需热量(QPi，i＝1～n)；(7)物料中污油分段升温至出馏点温度所需热量(QPLi，i＝1～n)；(8)物料中污油分段热脱附气化过程所需热量(QPLGi，i＝1～n)；(9)物料中土壤分段热脱附升温至脱附温度所需热量(QSi，i＝1～n)；
2)污油物料性质参数：(1)物料组分总质量(mi，i＝1～n)；(2)物料中水的总质量(mH)；(3)物料各分段脱附处置中水的质量(mHi，i＝1～n)；(4)物料各分段脱附处置中水的质量占比(WHi，i＝1～n)；(5)物料中污油的总质量(mP)；(6)物料各分段脱附处置中污油的质量(mPi，i＝1～n)；(7)物料各分段脱附处置中污油的质量占比(WPi，i＝1～n)(8)物料中土壤的总质量(mS)；(9)物料中水的比热(CHL)；(10)物料中水气化的潜热(CHLG)；(11)物料中水蒸气比热(CHG)；(12)物料中污油比热(CPL)；(13)物料中污油蒸发热(CPLG)；(14)物料中土壤比热(CS)；(15)物料中污油各分段脱附馏程组分的出馏点温度(Ti，i＝1～n)；(16)物料的初始温度(T0)；(17)物料中污油各分段脱附馏程组分的出馏点间温度差(△Ti,i-1，i＝1～n)
3)热脱附工艺供热特征参数：(1)烟气初始供热热量(QT)；(2)烟气初始有效供热热量(QE)；(3)分段脱附炉内烟气供热热量与污油脱附所需能耗差值(△QRi，i＝1～n)；(4)烟气初始供热温度(TT)；(5)热脱附炉内热传导效率(η)。
污染土壤中的耗能需求主体由油污土壤中所含水分、污染土壤中的污油及物料中的土壤构成，分段热脱附处置工艺过程所需总体能耗衡算通式为：
其中，油污土壤中所含水分升温至脱附温度所需总热量的能耗衡算通式为：
物料中污油脱附所需总热量的能耗衡算通式为：
其中，i均为分段热脱附处置的分段数；
各耗能主体的能耗负荷计算通式包括：
(1)物料中含水升温至沸点所需热量为在第一段热脱附炉中物料含水全部升温至沸点的升温耗能：
(2)物料中含水气化所需热量为各段热脱附处置中水气化的耗能之和：
(3)物料中水蒸气升温至脱附温度所需热量为各段热脱附处置中水蒸气的升温耗能之和：
(4)物料中污油升温至出馏点温度所需热量为各段热脱附处置中污油升温至出馏点温度的耗能之和：
(5)物料中污油气化所需热量为各段热脱附处置中污油气化的耗能之和：
(6)物料中土壤固体升温至脱附温度所需热量为各段热脱附处置中土壤固体升温耗能之和：
分段热脱附工艺的总体能耗需求来源于既定传热效率条件下的高温烟气有效供热，则有：
QE＝η·QT (10)
建立热脱附分段处置中污油各段馏程组分占比Wpi与各段组分最大实沸点Ti的曲线关系：
Ti＝f(WPi) (12)
WPi＝f-1(Ti) (13)
则由公式7和公式8可得到：
物料中各耗能主体在分段热脱附工艺过程中的能耗衡算关系，得到烟气供热与物料耗能的总体能耗衡算模型为：
一种油污土壤分段热脱附处置工艺的能耗衡算方法的应用，是基于污油馏程分布，应用能耗衡算模型确定各段污油脱附的最低需求能耗，据此设计分段热脱附的供给热量，指导热脱附工艺供热烟气的初始供热热量或初始供热温度TT，并通过对比各分段热脱附过程的实际供给燃料热量与模型估算的最低目标能耗，进行各脱附炉的多点热源热量补给调控，以优化热脱附工况过程：
(1)当每段脱附炉内实际供给能耗<模型计算所需目标能耗，即时，则需通过多点热源进行烟气供给热量补给，提高供给热能，保障污油热脱附效果达标；
(2)当每段脱附炉内实际供给能耗>模型计算所需目标能耗，即时，则需减小烟气初始供热热量；
(3)当每段脱附炉内实际供给能耗＝模型计算所需目标能耗，即时，保持工况稳定运行；
其中，的工况状态可作为(1)和(2)中工况调控的目标状态，以实现最佳的节能减耗热脱附处置过程。
所述通过多点热源进行烟气供给热量补给或减小烟气初始供热热量，是根据计算加热炉内目标压强，控制现场设备调整加热炉内压强，改变烟气温度，实现烟气热量调控。
本发明所具有的优点包括：
(1)本发明中所提供的一种油污土壤分段热脱附处置工艺的能耗衡算方法，为针对多段热脱附高温烟气间接供热工艺而设计的能耗衡算模型，该模型算法包含了高浓度石油污染土壤热脱附进料中的所有能耗主体的耗能过程，包括土壤中的含水、污油及土壤固体本身的升温过程；其中，各种耗能对象又涉及不同物相状态的耗能过程，如水的升温、水的沸腾气化、水蒸气的升温、污油的升温、污油的气化脱附以及土壤的升温等，因此，本专利提供的该种模型算法针对热脱附系统内的整体能耗过程，能耗主体涵盖完整、准确，可满足多段热脱附工艺过程的能耗衡算需求；
(2)本发明中所提供的针对分段热脱附处置工艺的能耗衡算方法，可针对每种油污土壤的处置对象建立分段热脱附的能耗设计，对于分段热脱附的高效节能运行与达标脱附处置具有指导性意义；
(3)本发明中所提供的针对分段热脱附处置工艺的能耗衡算方法，为既定油污土壤的分段热脱附处置提供准确的能耗目标值，可为运行中的分段热脱附处置工况提供运行状态参考，当每段脱附过程的工况能耗显著偏离能耗目标值时，提示需对供热措施进行调整，既保障热脱附处置效果达标，又实现高效节能降耗的目标，从而降低热脱附工艺处置成本，为该技术在高浓度石油污染土壤热脱附治理工程中的应用进一步提高技术优势。
附图说明
图1为本发明实施例提供的高浓度石油污染土壤分段热脱附处置流程与参数示意图；
图2为本发明实施例提供的高浓度石油污染土壤中污油实沸点曲线；
图3为本发明实施例提供的高浓度石油污染土壤能耗分布图；
图4为本发明实施例提供的高浓度石油污染土壤污油脱附曲线；
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方法做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但本发明能够以很多不同于在此描述的其他方式来实施，本领域技术人员可以在不违背发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施的限制。
除非另有定义，本文所使用的所有技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。
本发明针对高浓度石油污染土壤分段热脱附处置工艺过程建立能耗衡算模型及其应用模式通过下面的实施例进行详细说明。
实施例高浓度石油污染土壤分段热脱附处置能耗衡算及最优节能供热参数分析
以北方某个具有石油污染土壤处置能力的单位所采用的烟气加热分段式多点热源间接热脱附工艺进行来自于大庆油田石油污染土壤的处置，该工艺的吨处理能力为0.4t/h。待处理的油污土壤首先进行脱附前的预处理，将污染土壤利用Allu斗进行粉碎处理，并采用制浆技术，将破碎后土壤转移至制浆罐内，按3:1的水土比进行土水混合，完成污油在土壤中的均质化处理。随后利用板框压滤工艺进行土水分离，分离后的污油土壤含水率为23％，利用固相萃取法测得含水物料的污油含量为11.4％，准备送入热脱附炉内开始进行分段热脱附处置。
本处置工程所采用的分段式多点加热热脱附工艺馏程如图1所示，油污土壤从进料端进料，并通过螺旋推进方式将土壤物料向脱附炉内逐步推送，至脱附炉另一端掉料口处，污染土壤物料从掉料口进入到第二段脱附炉内，依此类推，共经历四段热脱附炉；脱附热量来自于热脱附装置出料口端的烟气供热，带温烟气从物料出料口端进入第四段热脱附炉内，并沿着脱附炉逐级扩散，直至第一段脱附炉的进料口端。同时，在每一段的脱附炉外壁设有多点加热室，可对脱附炉内进行除脱附烟气之外的热量补给。
在确定上述分段热脱附处置的工艺流程的基础上，首先，针对油污土壤中的污油进行蒸馏实验，以确定污油各组分馏程范围，并结合分段热脱附工艺流程，划分四段馏程范围，从而确定物料脱附的四段脱附炉内的目标温程范围；污油蒸馏实验结果得到的实沸点曲线如图2所示，根据污油馏程分布，设计四段脱附温程分别为：一段≤200℃、二段200～350℃、三段350～500℃、四段500～650℃；其次，根据油污土壤进料组分构成，结合本专利所提供的能耗衡算模型参数构成(表1)，选择所涉及到的参数进行物料中各组分的脱附需求热量计算；所涉及的参数如表2中所示，热脱附过程能耗需求的主体包括油污土壤中的含水、高浓度的污油以及土壤固体本身(表2)。根据分段热脱附工艺特点与装置设计，在第一段热脱附处置过程中，土壤物料中所含的所有水分均被加热至沸点(100℃)，并经气化及加热升温至第一段热脱附温度后，全部经由分布在第一段热脱附炉炉壁上的排气口排出，后面三段的热脱附处置过程为无水的含油干土物料状态状态。
首先根据污油的实沸点曲线，建立污馏程温度与馏程组分占比的函数关系(Ti～f(WPi))：
Ti＝f(WPi)＝11.5351(ln(WPi))2+148.145ln(WPi)-303.4255
从而得到WPi～f(Ti)：
据此，得到所划分的四段脱附温程所对应的污油组分含量占比分别为：1.85875％(≤200℃)、1.81238％(200～350℃)、3.26815％(350～500℃)和4.46071％(500～650℃)。
依据四段温程范围及对应的所需理论脱附量，结合热脱附工艺设计，估算各物料组分的热脱附所需能耗热量，估算参数取值及四段热脱附过程各耗能主体的能耗热量如表2所示，以每小时的吨处理物料含量计，主要包括(n＝4)(图3)：
①油污土壤中含水升温至沸点所需热量，：
②油污土壤中含水气化所需热量：
③油污土壤中水蒸气升温至脱附温度所需热量：
④油污土壤中污油升温至出馏点温度所需热量：
⑤油污土壤中污油气化所需热量：
⑥油污土壤中固体升温至脱附温度所需热量：
则在分段热脱附处置过程中，油污土壤物料含水所耗能耗为：
油污土壤中污油所耗能耗为：
则油污土壤物料分段热脱附处置的总体能耗为：
即：理论上通过烟气供热的初始有效供热量为：
鉴于该处置工艺的热脱附炉传热效率为65％，则理论上供热烟气的初始供热目标热量为：
QT＝QE/η＝457671.7kcal/h
至此，依据本专利提供的分段热脱附能耗衡算模型，完成油污土壤物料脱附过程的各组分能耗分析。但在设备运行过程中，各段脱附炉内的能耗监测结构表明，第一至第四段能耗均存在不定周期的能耗供给波动，这可能源于处置构成中传热效率的微变所致。为了实现全工艺的最优节能降耗效果，需对能耗共计量进行实时调整，调整的依据为参照本专利提供的能耗模型的应用模式，即：
烟气供热实际热量通过所燃烧的燃料量(天然气)进行核算，即烟气供热的各段热脱附炉内的有效供热量总和(QE)达到304541.8kcal/h，则有：
即：
因此，根据模型要求，需对初始供热烟气的初始温度TT进行下调控制，降解供给能耗约7055.2kcal/h，以求使烟气初始有效供热总量与油污土壤物料分段脱附的能耗需求总量持平，即调控目标为：
是根据计算加热炉内目标压强，通过多点热源减小烟气初始供热热量，控制现场加热设备(例如管路阀门)调整加热炉内压强，改变烟气温度，实现烟气热量调控。
经过调控后的分段热脱附工艺处置的污油残留量达0.16％(图4)，在保障油污土壤处置效果达标的基础上实现了最佳的节能效果。
表1
表2
/>
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰应视为本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种油污土壤分段热脱附处置工艺的能耗衡算方法，其特征在于，包括：针对油污土壤分段热脱附处置工艺过程，进行各处置工艺段的能量供给与消耗衡算，建立能耗衡算方法模型；对油污土壤中的污油进行分段热脱附处置过程的能耗总体估算，获取热量调控差值；根据热量调控差值调控现场加热设备实现高效节能热脱附工艺处置；
能耗衡算数量关系的表达形式为油污土壤热脱附分段处置过程的总体能耗衡算模型，涉及物料分段热脱附处置耗能参数、污油物料性质参数及热脱附工艺供热特征参数，具体包括：
1)物料分段热脱附处置耗能参数：(1)土壤物料分段热脱附所需总热量(Qi，i＝1～n)；(2)物料中含水升温至脱附温度所需热量(QHi，i＝1～n)；(3)物料中含水升温至沸点所需热量(QHLi，i＝1～n)；(4)物料中含水气化过程所需热量(QHLGi，i＝1～n)；(5)物料中水蒸汽升温至脱附温度所需热量(QHGi，i＝1～n)；(6)物料中污油分段热脱附所需热量(QPi，i＝1～n)；(7)物料中污油分段升温至出馏点温度所需热量(QPLi，i＝1～n)；(8)物料中污油分段热脱附气化过程所需热量(QPLGi，i＝1～n)；(9)物料中土壤分段热脱附升温至脱附温度所需热量(QSi，i＝1～n)；
2)污油物料性质参数：(1)物料组分总质量(mi，i＝1～n)；(2)物料中水的总质量(mH)；(3)物料各分段脱附处置中水的质量(mHi，i＝1～n)；(4)物料各分段脱附处置中水的质量占比(WHi，i＝1～n)；(5)物料中污油的总质量(mP)；(6)物料各分段脱附处置中污油的质量(mPi，i＝1～n)；(7)物料各分段脱附处置中污油的质量占比(WPi，i＝1～n)(8)物料中土壤的总质量(mS)；(9)物料中水的比热(CHL)；(10)物料中水气化的潜热(CHLG)；(11)物料中水蒸气比热(CHG)；(12)物料中污油比热(CPL)；(13)物料中污油蒸发热(CPLG)；(14)物料中土壤比热(CS)；(15)物料中污油各分段脱附馏程组分的出馏点温度(Ti，i＝1～n)；(16)物料的初始温度(T0)；(17)物料中污油各分段脱附馏程组分的出馏点间温度差(ΔTi，i-1，i＝1～n)
3)热脱附工艺供热特征参数：(1)烟气初始供热热量(QT)；(2)烟气初始有效供热热量(QE)；(3)分段脱附炉内烟气供热热量与污油脱附所需能耗差值(ΔQRi，i＝1～n)；(4)烟气初始供热温度(TT)；(5)热脱附炉内热传导效率(η)；
污染土壤中的耗能需求主体由油污土壤中所含水分、污染土壤中的污油及物料中的土壤构成，分段热脱附处置工艺过程所需总体能耗衡算通式为：
其中，油污土壤中所含水分升温至脱附温度所需总热量的能耗衡算通式为：
物料中污油脱附所需总热量的能耗衡算通式为：
其中，i均为分段热脱附处置的分段数；
各耗能主体的能耗负荷计算通式包括：
(1)物料中含水升温至沸点所需热量为在第一段热脱附炉中物料含水全部升温至沸点的升温耗能：
(2)物料中含水气化所需热量为各段热脱附处置中水气化的耗能之和：
(3)物料中水蒸气升温至脱附温度所需热量为各段热脱附处置中水蒸气的升温耗能之和：
(4)物料中污油升温至出馏点温度所需热量为各段热脱附处置中污油升温至出馏点温度的耗能之和：
(5)物料中污油气化所需热量为各段热脱附处置中污油气化的耗能之和：
(6)物料中土壤固体升温至脱附温度所需热量为各段热脱附处置中土壤固体升温耗能之和：
2.按权利要求1所述的一种油污土壤分段热脱附处置工艺的能耗衡算方法，其特征在于，所油污土壤分段热脱附处置工艺过程为：利用高温烟气及多点供热方式进行油污土壤物料加热的分段热脱附处置过程，高温烟气从热脱附炉出料尾端进入，从入料首端排出，脱附炉划分为多段炉室，每段炉体同时设有供热热源。
3.按权利要求2所述的一种油污土壤分段热脱附处置工艺的能耗衡算方法，其特征在于，所述各处置工艺段的能量供给与消耗衡算，包括依据油污土壤中污油的实沸点曲线进行多段脱附温程划分，对应形成多段耗能过程，各段耗能过程叠加构成总体脱附能耗需求。
4.按权利要求2所述的一种油污土壤分段热脱附处置工艺的能耗衡算方法，其特征在于，分段热脱附工艺的总体能耗需求来源于既定传热效率条件下的高温烟气有效供热，则有：
QE＝η·QT (10)
5.按权利要求3所述的一种油污土壤分段热脱附处置工艺的能耗衡算方法，其特征在于，建立热脱附分段处置中污油各段馏程组分占比Wpi与各段组分最大实沸点Ti的曲线关系：
Ti＝f(WPi) (12)
WPi＝f-1(Ti) (13)
则由公式7和公式8可得到：
6.按权利要求1-5任意一项所述的一种油污土壤分段热脱附处置工艺的能耗衡算方法，其特征在于，物料中各耗能主体在分段热脱附工艺过程中的能耗衡算关系，得到烟气供热与物料耗能的总体能耗衡算模型为：
7.按权利要求6所述一种油污土壤分段热脱附处置工艺的能耗衡算方法的应用，其特征在于，基于污油馏程分布，应用能耗衡算模型确定各段污油脱附的最低需求能耗，据此设计分段热脱附的供给热量，指导热脱附工艺供热烟气的初始供热热量或初始供热温度TT，并通过对比各分段热脱附过程的实际供给燃料热量与模型估算的最低目标能耗，进行各脱附炉的多点热源热量补给调控，以优化热脱附工况过程：
(1)当每段脱附炉内实际供给能耗<模型计算所需目标能耗，即时，则需通过多点热源进行烟气供给热量补给，提高供给热能，保障污油热脱附效果达标；
(2)当每段脱附炉内实际供给能耗>模型计算所需目标能耗，即时，则需减小烟气初始供热热量；
(3)当每段脱附炉内实际供给能耗＝模型计算所需目标能耗，即时，保持工况稳定运行；
其中，的工况状态可作为(1)和(2)中工况调控的目标状态，以实现最佳的节能减耗热脱附处置过程。
8.按权利要求7所述一种油污土壤分段热脱附处置工艺的能耗衡算方法的应用，其特征在于，所述通过多点热源进行烟气供给热量补给或减小烟气初始供热热量，是根据计算加热炉内目标压强，控制现场设备调整加热炉内压强，改变烟气温度，实现烟气热量调控。/>
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Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102029287A (zh) * | 2010-12-15 | 2011-04-27 | 清华大学 | 一种有机物污染土壤滚筒式逆向热脱附系统 |
| CN102513346A (zh) * | 2011-12-01 | 2012-06-27 | 北京金隅红树林环保技术有限责任公司 | 一种基于水泥工艺的有机污染土壤热脱附方法和装置 |
| CN106391688A (zh) * | 2016-11-14 | 2017-02-15 | 北京神雾环境能源科技集团股份有限公司 | 利用秸秆修复有机物‑重金属复合污染土壤的系统和方法 |
| CN110918630A (zh) * | 2019-12-25 | 2020-03-27 | 中国电建集团中南勘测设计研究院有限公司 | 一种有机污染土壤异位热脱附的修复系统及方法 |
| CN112170471A (zh) * | 2020-08-27 | 2021-01-05 | 浙江建禾土壤修复设计研究有限公司 | 一种污染土壤原位热脱附方法、原位热脱附系统 |
| CN112536318A (zh) * | 2020-11-20 | 2021-03-23 | 苏州精英环保有限公司 | 智能化集成式高效环保热脱附设备及方法 |
| CN112620330A (zh) * | 2020-11-30 | 2021-04-09 | 中国科学院沈阳应用生态研究所 | 一种石油污染土壤热脱附技术应用方式的择选方法 |
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Patent Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102029287A (zh) * | 2010-12-15 | 2011-04-27 | 清华大学 | 一种有机物污染土壤滚筒式逆向热脱附系统 |
| CN102513346A (zh) * | 2011-12-01 | 2012-06-27 | 北京金隅红树林环保技术有限责任公司 | 一种基于水泥工艺的有机污染土壤热脱附方法和装置 |
| CN106391688A (zh) * | 2016-11-14 | 2017-02-15 | 北京神雾环境能源科技集团股份有限公司 | 利用秸秆修复有机物‑重金属复合污染土壤的系统和方法 |
| CN110918630A (zh) * | 2019-12-25 | 2020-03-27 | 中国电建集团中南勘测设计研究院有限公司 | 一种有机污染土壤异位热脱附的修复系统及方法 |
| CN112170471A (zh) * | 2020-08-27 | 2021-01-05 | 浙江建禾土壤修复设计研究有限公司 | 一种污染土壤原位热脱附方法、原位热脱附系统 |
| CN112536318A (zh) * | 2020-11-20 | 2021-03-23 | 苏州精英环保有限公司 | 智能化集成式高效环保热脱附设备及方法 |
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| CN112619838A (zh) * | 2020-12-24 | 2021-04-09 | 中国科学院沈阳应用生态研究所 | 一种高浓度石油污染土壤的清洗-热处理耦合工艺 |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
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| 含油污泥热脱附处理工艺设计及计算;卢颖;;节能与环保;20200215(第Z1期);全文 * |
| 热脱附与机械研磨联合作用的污染土壤修复系统;张磊;崔勇;王坚;宁禹航;陈刚;;环境保护科学;20191220(第06期);全文 * |
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