DE60225715T2

DE60225715T2 - Vorrichtung und verfahren zur abtrennung von kohlenwasserstoffen aus materialien

Info

Publication number: DE60225715T2
Application number: DE60225715T
Authority: DE
Inventors: Gary E. Cypress FOUT; Jerry T. Fresno CONNAUGHTON
Original assignee: MI LLC
Current assignee: MI LLC
Priority date: 2001-10-25
Filing date: 2002-10-25
Publication date: 2009-04-23
Anticipated expiration: 2022-10-26
Also published as: EP1448320A1; US6658757B2; US6886273B2; NO333612B1; WO2003035289A1; US20030079370A1; EP1448320B1; CA2464675A1; DE60225715D1; CA2464675C; US20040064969A1; NO20041727L; ATE389468T1; MXPA04003803A

Description

Allgemeiner Stand der Technik
Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft im Allgemeinen ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Entfernen von Kohlenwasserstoffen aus Feststoffen. Insbesondere betrifft die Erfindung die thermische Niedertemperatur-Desorption von Erdölkohlenwasserstoffen aus verunreinigtem Erdboden.
Allgemeiner Stand der Technik
Wenn Bohrlöcher in Erdformationen gebohrt oder fertig gestellt werden, werden in der Regel in dem Bohrloch verschiedene Flüssigkeiten aus einer Vielfalt von Gründen verwendet. Zum Zwecke der Beschreibung des allgemeinen Stands der Technik und der Erfindung selbst werden solche Flüssigkeiten als „Bohrlochflüssigkeiten" bezeichnet. Zu allgemeinen Verwendungszwecken von Bohrlochflüssigkeiten zählen: Schmieren und Kühlen von Bohrkronenschneideflächen beim allgemeinen Bohren oder Einbohren (d. h. Bohren in einer als Ziel gesetzten Erdöl enthaltenden Formation), Transport von „Bohrgut" (Formationsstücke, die durch den Schneidvorgang der Zähne an einer Bohrkrone gelöst wurden) an die Oberfläche, Steuern des Formationsflüssigkeitsdrucks, um Ausbrüche zu verhindern, Aufrechterhalten der Bohrlochstabilität, schwebend Halten von Feststoffen im Bohrloch, Minimieren des Flüssigkeitsverlusts in die Formation und Stabilisieren der Formation, durch die das Bohrloch gebohrt wird, Brechen der Formation in der Umgebung des Bohrlochs, Verdrängen der Flüssigkeit im Bohrloch durch eine andere Flüssigkeit, Reinigen des Bohrlochs, Testen des Bohrlochs, Einbringen einer Flüssigkeit für das Dichtungsstück im Bohrgestänge, Aufgeben des Bohrlochs oder Vorbereiten des Bohrlochs auf die Aufgabe und anderweitiges Behandeln des Bohrlochs oder der Formation.
Wie oben ausgeführt, ist ein Verwendungszweck von Bohrlochflüssigkeiten das Entfernen von Gesteinsteilchen („Bohrgut") aus der Formation, in die gebohrt wird. Ein Problem ist das Entsorgen dieses Bohrguts, insbesondere wenn die Bohrflüssigkeit ölbasiert oder kohlenwasserstoffbasiert ist. Das heißt, das Öl aus der Bohrflüssigkeit (sowie jegliches Öl aus der Formation) verbindet sich mit den Oberflächen des Bohrguts oder wird von diesen adsorbiert. Das Bohrgut ist dann ein umweltgefährdendes Material, was die Entsorgung zu einem Problem macht.
Eine Vielfalt von Verfahren wurde vorgeschlagen, um adsorbierte Kohlenwasserstoffe aus dem Bohrgut zu entfernen. Die US-Patentschrift Nr. 5,968,370 offenbart ein solches Verfahren, welches das Anwenden einer Behandlungsflüssigkeit auf das verunreinigte Bohrgut beinhaltet. Die Behandlungsflüssigkeit enthält Wasser, ein Silikat, einen nichtionischen grenzflächenaktiven Stoff, einen anionischen grenzflächenaktiven Stoff, einen Phosphat-Builder und eine ätzende Verbindung. Die Behandlungsflüssigkeit wird dann mit dem verunreinigten Bohrgut in Kontakt gebracht und vorzugsweise mit diesem gründlich gemischt, über einen Zeitraum, der ausreicht, um die Kohlenwasserstoffe aus mindestens einigen der festen Teilchen zu entfernen. Die Behandlungsflüssigkeit bewirkt, dass die Kohlenwasserstoffe desorbiert und anderweitig von den festen Teilchen gelöst werden.
Des Weiteren bilden die Kohlenwasserstoffe dann eine separate homogene Schicht aus der Behandlungsflüssigkeit und einer beliebigen wässrigen Komponente. Die Kohlenwasserstoffe werden danach in einem Trennschritt von der Behandlungsflüssigkeit und den festen Teilchen getrennt, z. B. durch Abschöpfen. Die Kohlenwasserstoffe werden dann zurückgewonnen und die Behandlungsflüssigkeit wird rückgeführt, indem die Behandlungsflüssigkeit auf weiteren verunreinigten Bohrschmand angewendet wird. Das Lösemittel muss separat verarbeitet werden.
Die Veröffentlichung des Standes der Technik BE-A-1 009 472 beschreibt ein System, das das Umsetzen eines Prozesses thermischer und biologischer Erdbodenreinigung ermöglicht. Der Prozess beinhaltet das Einführen von Erdboden in eine Drehkammer, Erhitzen der Wände der Kammer und Injizieren von heißem Dampf oder heißer Luft in die Kammer. Der Erdboden wird durch die Kammer transportiert und bleibt in der Regel etwa 10 Minuten in der Kammer.
Einige Systeme des Standes der Technik setzen thermische Niedertemperatur-Desorption als ein Mittel zum Entfernen von Kohlenwasserstoffen aus extrahierten Erdböden ein. Allgemein gesagt ist thermische Niedertemperatur-Desorption (low-temperature thermal desorption, LTTD) eine Abhilfe schaffende Technologie, die ex situ durchgeführt wird und Wärme zum physikalischen Trennen von Kohlenwasserstoffen von Bodenaushüben angewendet wird. Thermische Desorber sind dazu konzipiert, Erdböden auf Temperaturen zu erhitzen, die dazu ausreichen zu bewirken, dass Kohlenwasserstoffe verdampfen und aus dem Erdboden desorbieren (physikalisch von diesem trennen). In der Regel ist in Systemen des Standes der Technik eine gewisse Vor- und Nachbearbeitung des Bodenaushubs erforderlich, wenn LTTD angewendet wird. Insbesondere werden Bodenaushübe zunächst gesiebt, um großes Bohrgut (z. B. Bohrgut, das einen Durchmesser aufweist, der größer als 2 Zoll ist) zu entfernen. Dieses Bohrgut kann zerkleinert (d. h. zertrümmert oder zerschnitten) werden und dann wieder in ein Ausgangsmaterial eingeführt werden. Nach dem Verlassen des Desorbers werden die Erdböden gekühlt, wieder angefeuchtet und stabilisiert (falls erforderlich), um sie für die Entsorgung/Wiederverwendung vorzubereiten.
Die US-Patentschrift Nr. 5,127,343 (das Patent 343) offenbart eine Vorrichtung des Standes der Technik zur thermischen Niedertemperatur-Desorption von Kohlenwasserstoffen. 1 aus dem Patent 343 offenbart, dass die Vorrichtung aus drei Hauptteilen besteht: ein Erdbodenbehandlungsgefäß 10, eine Reihe Heizgeräte 12 und ein Vakuum- und Gasentladungssystem 14. Das Erdbodenbehandlungsgefäß 10 ist ein rechteckig geformter Behälter. Die Bodenwand des Erdbodenbehandlungsgefäßes 10 weist mehrere Vakuumkammern auf und jede Vakuumkammer weist eine längliche Vakuumröhre auf, die innen angeordnet ist. Die Vakuumröhre ist von feinem Kies umgeben, die Schmutzteilchen einfängt und verhindert, dass sie in eine Vakuumpumpe eintreten, die an der Vakuumröhre angebracht ist.
Die Reihe Heizgeräte 12 weist mehrere nach unten gerichtete Infrarotheizgeräte auf, die eng beabstandet sind, um die gesamte Erdbodenoberfläche gründlich zu erhitzen, wenn die Heizgeräte eingeschaltet sind. Die Vorrichtung arbeitet, indem der Erdboden sowohl durch Strahlen- als auch Konvektionswärme erhitzt wird, und dann wird ein Vakuum durch Röhren an einem Punkt, der von den Heizgeräten 12 am weitesten entfernt ist, gezogen. Dieses Vakuum zieht die Konvektionswärme (durch die Anregung der Moleküle durch die Infrarotstrahlung gebildet) durch den gesamten Erdboden und verringert auch den Dampfdruck in der Behandlungskammer. Das Senken des Dampfdrucks verringert den Siedepunkt der Kohlenwasserstoffe, was bewirkt, dass die Kohlenwasserstoffe bei viel niedrigeren Temperaturen als normal verdampfen. Das Vakuum zieht dann die Dämpfe ab und lässt sie durch einen Abzugsschornstein ab, der einen Kondensator oder einen Abgaskatalysator enthalten kann. Wenn der Prozess zum Entfernen von Kohlenwasserstoffen fortgesetzt wird, trocknet der Oberflächenboden (d. h. der, der den Heizgeräten am nächsten ist) aus und wird hart und verhindert tatsächlich das Strömen von Luft durch den Erdboden.
Es wird folglich ein verbesserter LTTD-Prozess benötigt, der adsorbierte Kohlenwasserstoffe schnell und einfach aus Bohrgut entfernt.
Zusammenfassung der Erfindung
Verschiedene Gesichtspunkte der Erfindung sind in den unabhängigen Ansprüchen definiert.
Weitere Gesichtspunkte und Vorteile der Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung und den angefügten Ansprüchen offenbar werden.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
1 ist eine LTTD-Vorrichtung des Standes der Technik.
2 ist ein Prozessschema gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Ausführliche Beschreibung
2 zeigt eine Ausführungsform einer LTTD-Vorrichtung 90 zum Entfernen von adsorbierten Kohlenwasserstoffen von Bohrlochbohrgut 100. In der in 2 gezeigten Ausführungsform wird Bohrgut 100, das mit beispielsweise ölbasierter Bohrflüssigkeit und/oder Kohlenwasserstoffen vom Bohrloch (nicht gezeigt) verunreinigt ist, von einem Fluss von Bohrflüssigkeit, der von dem gebohrten Bohrloch (nicht gezeigt) zurückkommt, an die Oberfläche transportiert. Das verunreinigte Bohrgut 100 wird auf einem Prozesstiegel 102 abgelegt. In einigen Ausführungsformen kann das Bohrgut 100 zusammen mit der zurückgekommenen Bohrflüssigkeit über Rohrleitungen (nicht gezeigt) zum Prozesstiegel 102 transportiert werden. In anderen Ausführungsformen kann das Bohrgut 100 beispielsweise mit Förderschnecken oder -bändern (nicht gezeigt) verarbeitet werden, bevor es in dem Prozesstiegel 102 abgelegt wird. Der Prozesstiegel 102 wird dann mittels beispielsweise eines Gabelstaplers (in 2 nicht separat gezeigt) in eine Prozesskammer 103 versetzt. Zum Beispiel kann in einigen Ausführungsformen der Erfindung der Prozesstiegel 102 auf einer Reihe Rollen in die Prozesskammer 103 und aus dieser herausgerollt werden.
In anderen Ausführungsformen kann der Prozesstiegel 102 mit beispielsweise Hydrozylindern vertikal in die Prozesskammer 103 und aus dieser herausversetzt werden. Dementsprechend soll der Mechanismus, mit dem der Prozesstiegel 102 in Bezug auf die Prozesskammer 103 versetzt wird, nicht einschränkend sein. Darüber hinaus können einige Ausführungsformen der LTTD-Vorrichtung 90 mehrere Prozesskammern 103 und/oder mehrere Prozesstiegel 102 umfassen. Andere Ausführungsformen, wie die in 2 gezeigte Ausführungsform, umfassen ein System mit einem einzigen Prozesstiegel 102/einer einzigen Prozesskammer 103. Des Weiteren müssen die Anzahl der Prozesstiegel 102 und der Prozesskammern 103 nicht identisch sein.
Die Prozesskammer 103 beinhaltet in einigen Ausführungsform eine hydraulisch aktivierte Haube (nicht gezeigt), die dazu abgestimmt ist, sich über der Prozesskammer 103 zu öffnen oder zu schließen, wobei sie das Herausnehmen oder Einsetzen des Prozesstiegels 102 ermöglicht. Nachdem der Prozesstiegel 102 in die Prozesskammer 103 eingesetzt wurde, kann die hydraulisch aktivierte Haube (nicht gezeigt) geschlossen werden, um die Prozesskammer 103 zu „versiegeln" und eine geschlossene Prozessumgebung zu bilden. Die Haube (nicht gezeigt) kann dann geöffnet werden, so dass der Prozesstiegel 102 herausgenommen werden kann.
Nachdem der Prozesstiegel 102 in der Prozesskammer 103 positioniert wurde, wird erhitzte Luft, die von einer Heizeinheit 112 (bei der es sich beispielsweise um einen Propanbrenner, ein elektrisches Heizgerät oder ein ähnliches Heizgerät handeln kann) erhitzt wurde, durch das verunreinigte Bohrgut 100 getrieben, um Kohlenwasserstoffe und andere flüchtige Substanzen, die damit verbunden sind oder daran adsorbiert sind, zu verdampfen. Die erhitzte Luft tritt über beispielsweise einen Einlasskanal 120, eine Rohrleitung oder eine ähnliche in der Technik bekannte Struktur in die Prozesskammer 103 ein. Die erhitzte Luft, die auf beispielsweise ungefähr 204,44°C (400°F) erhitzt werden kann, wird von beispielsweise einem Gebläse (nicht gezeigt) durch den Prozesstiegel 102 getrieben.
Ein Gebläse ist jedoch möglicherweise in einigen Ausführungsformen nicht erforderlich, wenn der Druck in dem Luftzirkulationssystem auf einem gewählten Niveau gehalten wird, das dazu ausreicht, die Zwangszirkulation der erhitzten Luft durch das verunreinigte Bohrgut 100 bereitzustellen. Während die erhitzte Luft durch den Prozesstiegel 102 getrieben wird, verdampft die Luft den Kohlenwasserstoff und andere flüchtige Bestandteile, die mit dem Bohrgut 100 verbunden sind. Die an Kohlenwasserstoffen reiche Luft tritt dann durch beispielsweise einen Auslasskanal 122 aus dem Boden der Prozesskammer 103 aus und wird durch eine Wärmerückgewinnungseinheit 108 geleitet. Die Wärmerückgewinnungseinheit 108 gewinnt einen Teil der Wärme aus der an Kohlenwasserstoffen reiche Luft zurück und verwendet beispielsweise die zurückgewonnene Wärme zum Erhitzen weiterer kohlenwasserstofffreier Luft, die dann durch die Prozesskammer 103 durch den Einlasskanal 120 wieder in den Umlauf gebracht werden kann. Einige Kohlenwasserstoffe, Wasser und andere Verunreinigungen aus dem verunreinigten Bohrgut 100 können direkt infolge des Zwangsbelüftungsprozesses verflüssigt werden. Diese verflüssigten Kohlenwasserstoffe, dieses Wasser und/oder diese verflüssigten anderen Verunreinigungen fließen aus der Prozesskammer 103 und durch eine Prozesskammerauslassleitung 106 heraus.
Nach dem Leiten durch die Wärmerückgewinnungseinheit 108 wird die an Kohlenwasserstoffen reiche Luft durch eine Reihe Filter 124 gezogen, die darauf abgestimmt sind, teilchenförmige Substanz aus der Luft zu entfernen. Die an Kohlenwasserstoffen reiche Luft wird dann durch einen Einlass 126 eines ersten Kondensators 110 geleitet. Man beachte, dass der Einlass 126 des ersten Kondensators 110 in der Regel unter einem Vakuum betrieben wird, um den Strom von an Kohlenwasserstoffen reicher Luft zu steuern. Das Vakuum am Einlass 126 kann beispielsweise von einer Vakuumpumpe (in 2 nicht separat gezeigt) produziert werden.
Der erste Kondensator 110 umfasst weiterhin Kühlschlangen (in 2 nicht separat gezeigt), die darauf abgestimmt sind, die verdampften Kohlenwasserstoffe (und beispielsweise einen Wasserdampf und/oder andere Verunreinigungen) in der an Kohlenwasserstoffen reiche Luft in eine flüssige Form zu kondensieren. Die verflüssigten Kohlenwasserstoffe und Verunreinigungen werden dann durch beispielsweise einen Kondensatorauslass 128 entfernt, der die verflüssigten Kohlenwasserstoffe und Verunreinigungen zu einem Öl-/Wasserabscheider 116 befördert. Das LTTD-System 90 kann außerdem beispielsweise Pumpen (nicht gezeigt) umfassen, die den Fluss von verflüssigten Kohlenwasserstoffen und Verunreinigungen von dem Kondensatorauslass 128 zu dem Öl-/Wasserabscheider 116 unterstützen können.
Nach dem Leiten durch den ersten Kondensator 110 strömt die gekühlte Luft dann durch eine zweite Reihe Filter und Kühlschlangen 130 und in einen zweiten Kondensator 111, der bei oder in der Nähe von Atmosphärendruck arbeitet. Der zweite Kondensator 111 hebt den Druck des Umgebungsluftstroms an und etwaiges weiteres Kondensat wird durch einen Auslass 132, der das weitere Kondensat zu dem Öl-/Wasserabscheider 116 transportiert, aus dem Prozessstrom entfernt.
Der Luftstrom wird in dem System mittels Betriebs eines Hauptgebläses 113 aufrechterhalten, der Luft von dem ersten Kondensator 110 zieht und sie in den zweiten Kondensator 111 bläst. Andere Ausführungsformen des LTTD-Systems 90 können jedoch nach Bedarf weitere Gebläse und Pumpen umfassen, um einen Strom von Luft und kondensierten Kohlenwasserstoffen in dem System 90 aufrechtzuerhalten. Nachdem sie aus dem zweiten Kondensator 111 abgegeben worden ist, kann die gekühlte, im Wesentlichen kohlenwasserstofffreie Luft durch einen von zwei Wegen geleitet werden, wie er von beispielsweise einem Steuerventil 132 bestimmt wird, das an einen zweiten Kondensatorauslass 134, einen Einlass 136 eines thermischen Oxidators und einen Wärmerückgewinnungseinheitseinlass 138 angeschlossen ist. Luft tritt von den Heizgeräten 112 in das System ein und setzt schließlich das System unter Druck. Das Steuerventil 132 baut Überdruck über einen thermischen Oxidator 114 ab, um die nicht kondensierbaren Gase zu verbrennen. Die thermisch oxidierte Luft kann dann durch einen Auslass 140 des thermischen Oxidators in die Atmosphäre abgelassen werden.
Alternativ kann die Luft zurück durch die Wärmerückgewinnungseinheit 108 durch den Wärmerückgewinnungseinheitseinlass 138 geleitet werden. Die Luft wird dann von dem Brenner 112 vorerhitzt, so dass sie durch die Prozesskammer 103 getrieben werden kann und dadurch der Verarbeitungszyklus wiederholt wird. Somit wird die Luft „rückgeführt", indem der Luftstrom vom Gebläse 113 mit dem Steuerventil 132 gesteuert wird.
Das Steuerventil 132 kann beispielsweise ein Durchflussmessgerät, einen Drucksensor oder eine beliebige ähnliche in der Technik bekannte Vorrichtung umfassen, die darauf abgestimmt ist, einen gewählten Mengendurchfluss durch das LTTD-System 90 aufrechtzuerhalten. Das Steuerventil 132 kann wirkend mit beispielsweise einem Prozessor (nicht gezeigt) gekoppelt sein, der darauf abgestimmt ist, den gewählten Mengendurchfluss der Luft durch das System 90 aufrechtzuerhalten, indem der Luftstrom durch den Einlass 136 des thermischen Oxidators und durch den Wärmerückgewinnungseinheitseinlass 138 gesteuert wird.
Alternativ kann das Steuerventil 132 ein Überdruckventil umfassen, das darauf abgestimmt ist, kontrolliert Überdruck in dem System (wobei beispielsweise der Überdruck einem übermäßigen Mengendurchfluss von Luft durch das System 90 entspricht) durch den Einlass 136 des thermischen Oxidators abzubauen, so dass übermäßiger Luftstrom durch den thermischen Oxidator 114 abgelassen werden kann. In einer anderen Ausführungsform kann das Steuerventil 132 einen Sensor umfassen, um zu bestimmen, ob nicht kondensierbare Gase vorliegen. Der Sensor gibt einen Alarm ab, wenn nicht kondensierbare Gase einen hohen Sollwert erreichen. Dies wird angewendet, um eine unbeabsichtigte Verbrennung zu verhindern. Diese Luft wird durch den thermischen Oxidator kontrolliert abgeleitet. Auf diese Art und Weise wird das gesamte Gas, das nicht kondensierbare Bestandteile enthält, aus dem Prozess entfernt.
Der Öl-/Wasserabscheider 116 ist darauf abgestimmt, das Kondensat, das in der Prozesskammer 103 (durch die Auslassleitung 106 der Prozesskammer) und in dem ersten Kondensator 110 (durch den Kondensatorauslass 128) gebildet wird, zu verarbeiten und in Kohlenwasserstoffbestandteile 142 und Wasserbestandteile 144 zu trennen. Der Öl-/Wasserabscheider 116 nimmt die verflüssigten Kohlenwasserstoffe und anderen Verunreinigungen auf und gewinnt beide Kohlenwasserstoffbestandteile 142 und Wasserbestandteile 144 durch einen Trennprozess, der in der Technik bekannt ist, zurück.
Die Wirksamkeit der oben beschriebenen Ausführungsform wurde dann an vier Materialien getestet. Die vier Materialien waren Sand (durchschnittliche Teilchengröße von weniger als 1 mm), Kies (durchschnittliche Teilchengröße von 10 bis 30 mm, bis zu 5% Kohlenwasserstoffgehalt aufweisend), ölbasiertes Bohrgut (durchschnittliche Teilchengröße von 1 bis 20 mm, bis zu 11 Kohlenwasserstoffgehalt aufweisend) und Erdboden (Mischung aus Sand, Ton und Wasser, bis zu 5% Kohlenwasserstoff aufweisend). Muster mit unterschiedlichen Teilchengrößen wurden dann in die Vorrichtung gegeben und die Entfernung von Kohlenwasserstoffen wurde bestimmt.
In einem ersten Test der Ausführungsform von 2 wurden Kiesteilchen mit einer durchschnittlichen Teilchengröße von ungefähr 20 mm bis 30 mm in den Prozesstiegel 102 geladen, wobei eine 50,8 mm (zwei Zoll) dicke Schicht von Kiesteilchen gebildet wurde. Der Prozesstiegel 102 wurde dann in die Prozesskammer 103 geladen. Die Kiesteilchen wiesen einen anfänglichen Kohlenwasserstoffgehalt von 1,2 Gew.-% auf. In dieser Ausführungsform wurde Dieseltreibstoff als der Kohlenwasserstoff verwendet. Der Kohlenwasserstoffgehalt wurde unter Anwendung des Retortenverfahrens gemäß API-RP13B-2, Abschn. 6, gemessen. Die Kiesteilchen wurden dann 2 Stunden behandelt. Nachdem zwei Stunden verstrichen waren, wurde die Vorrichtung abgeschaltet und die Kiesteilchen wurden auf Raumtemperatur abkühlen gelassen. Dann wurde eine letzte Ablesung des Kohlenwasserstoffgehalts vorgenommen. Nach der obigen Behandlung wurde festgestellt, dass die Kiesteilchen einen Kohlenwasserstoffrestgehalt von 0% aufwiesen.
In einem zweiten Test der Ausführungsform von 2 wurden Kiesteilchen mit einer durchschnittlichen Teilchengröße von ungefähr 20 mm bis 30 mm in den Prozesstiegel 102 geladen, wobei eine 177,8 mm (sieben Zoll) dicke Schicht von Kiesteilchen gebildet wurde. Der Prozesstiegel 102 wurde dann in die Prozesskammer 103 geladen. Die Kiesteilchen wiesen einen anfänglichen Kohlenwasserstoffgehalt von 1,8 Gew.-% auf. In dieser Ausführungsform wurde Dieseltreibstoff als der Kohlenwasserstoff verwendet. Der Kohlenwasserstoffgehalt wurde unter Anwendung des Retortenverfahrens gemäß API-RP13B-2, Abschn. 6, gemessen. Die Kiesteilchen wurden dann 2 Stunden behandelt. Nachdem zwei Stunden verstrichen waren, wurde die Vorrichtung abgeschaltet und die Kiesteilchen wurden auf Raumtemperatur abkühlen gelassen. Dann wurde eine letzte Ablesung des Kohlenwasserstoffgehalts vorgenommen. Nach der obigen Behandlung wurde festgestellt, dass die Kiesteilchen einen Kohlenwasserstoffrestgehalt von 0% aufwiesen.
In einem dritten Test der Ausführungsform von 2 wurden Kiesteilchen mit einer durchschnittlichen Teilchengröße von ungefähr 20 mm bis 30 mm in den Prozesstiegel 102 geladen, wobei eine zwölf Zoll dicke Schicht von Kiesteilchen gebildet wurde. Der Prozesstiegel 102 wurde dann in die Prozesskammer 103 geladen. Die Kiesteilchen wiesen einen anfänglichen Kohlenwasserstoffgehalt von 2,1 Gew.-% auf. In dieser Ausführungsform wurde Dieseltreibstoff als der Kohlenwasserstoff verwendet. Der Kohlenwasserstoffgehalt wurde unter Anwendung des Retortenverfahrens gemäß API-RP13B-2, Abschn. 6, gemessen. Die Kiesteilchen wurden dann 2 Stunden behandelt. Nachdem zwei Stunden verstrichen waren, wurde die Vorrichtung abgeschaltet und die Kiesteilchen wurden auf Raumtemperatur abkühlen gelassen. Dann wurde eine letzte Ablesung des Kohlenwasserstoffgehalts vorgenommen. Nach der obigen Behandlung wurde festgestellt, dass die Kiesteilchen einen Kohlenwasserstoffrestgehalt von 0% aufwiesen.
In einem vierten Test der Ausführungsform von 2 wurden Sand/Ton/Wasser-Kugeln mit einem Durchmesser von ungefähr 6 mm bis 31 mm in den Prozesstiegel 102 geladen, wobei eine 152,4 mm (sechs Zoll) dicke Schicht gebildet wurde. In dieser Ausführungsform wurden die Sand/Ton/Wasser-Teilchen („Erdboden"-Teilchen) gemischt, um sphärische Teilchen („Kugeln") zu bilden, um die Porosität der Teilchen zu erhöhen. Der Prozesstiegel 102 wurde dann in die Prozesskammer 103 geladen. Die Sand/Ton/Wasser-Kugeln wiesen einen anfänglichen Kohlenwasserstoffgehalt von 1,9 Gew.-% auf. In dieser Ausführungsform wurde Dieseltreibstoff als der Kohlenwasserstoff verwendet. Der Kohlenwasserstoffgehalt wurde unter Anwendung des Retortenverfahrens gemäß API-RP13B-2, Abschn. 6, gemessen. Die Sand/Ton/Wasser-Kugeln wurden dann 2 Stunden behandelt. Nachdem zwei Stunden verstrichen waren, wurde die Vorrichtung abgeschaltet und die Sand/Ton/Wasser-Kugeln wurden auf Raumtemperatur abkühlen gelassen. Dann wurde eine letzte Ablesung des Kohlenwasserstoffgehalts vorgenommen. Nach der obigen Behandlung wurde festgestellt, dass die Sand/Ton/Wasser- Kugeln einen Kohlenwasserstoffrestgehalt von 0,1% aufwiesen.
In einem fünften Test der Ausführungsform von 2 wurden Sand/Ton/Wasser-Kugeln mit einem Durchmesser von ungefähr 6 mm bis 31 mm in den Prozesstiegel 102 geladen, wobei eine 304,8 mm (zwölf Zoll) dicke Schicht gebildet wurde. In dieser Ausführungsform wurden die Sand/Ton/Wasser-Teilchen („Erdboden"-Teilchen) gemischt, um sphärische Teilchen („Kugeln") zu bilden, um die Porosität der Teilchen zu erhöhen. Der Prozesstiegel 102 wurde dann in die Prozesskammer 103 geladen. Die Sand/Ton/Wasser-Kugeln wiesen einen anfänglichen Kohlenwasserstoffgehalt von 4,6 Gew.-% auf. In dieser Ausführungsform wurde Dieseltreibstoff als der Kohlenwasserstoff verwendet. Der Kohlenwasserstoffgehalt wurde unter Anwendung des Retortenverfahrens gemäß API-RP13B-2, Abschn. 6, gemessen. Die Sand/Ton/Wasser-Kugeln wurden dann 2 Stunden behandelt. Nachdem zwei Stunden verstrichen waren, wurde die Vorrichtung abgeschaltet und die Sand/Ton/Wasser-Kugeln wurden auf Raumtemperatur abkühlen gelassen. Dann wurde eine letzte Ablesung des Kohlenwasserstoffgehalts vorgenommen. Nach der obigen Behandlung wurde festgestellt, dass die Sand/Ton/Wasser-Kugeln einen Kohlenwasserstoffrestgehalt von 0,1% aufwiesen.
In einem sechsten Test der Ausführungsform von 2 wurden Sand/Ton/Wasser-Kugeln mit einem Durchmesser von ungefähr 6 mm bis 31 mm in den Prozesstiegel 102 geladen, wobei eine 304,8 mm (zwölf Zoll) dicke Schicht gebildet wurde. In dieser Ausführungsform wurden die Sand/Ton/Wasser-Teilchen („Erdboden"-Teilchen) gemischt, um sphärische Teilchen („Kugeln") zu bilden, um die Porosität der Teilchen zu erhöhen. Der Prozesstiegel 102 wurde dann in die Prozesskammer 103 geladen. Die Sand/Ton/Wasser-Kugeln wiesen einen anfänglichen Kohlenwasserstoffgehalt von 7,0 Gew.-% auf. In dieser Ausführungsform wurde Dieseltreibstoff als der Kohlenwasserstoff verwendet. Der Kohlenwasserstoffgehalt wurde unter Anwendung des Retortenverfahrens gemäß API-RP13B-2, Abschn. 6, gemessen. Die Sand/Ton/Wasser-Kugeln wurden dann 2 Stunden behandelt. Nachdem zwei Stunden verstrichen waren, wurde die Vorrichtung abgeschaltet und die Sand/Ton/Wasser-Kugeln wurden auf Raumtemperatur abkühlen gelassen. Dann wurde eine letzte Ablesung des Kohlenwasserstoffgehalts vorgenommen. Nach der obigen Behandlung wurde festgestellt, dass die Sand/Ton/Wasser-Kugeln einen Kohlenwasserstoffrestgehalt von 0,1% aufwiesen.

Die Ergebnisse sind unten tabellarisch dargestellt. TABELLE 1: LTTD-ERGEBNISSE

Test	Beschreibung	Anfängliche Gew.-% Kohlenwasserstoff	Gew.-% Kohlenwasserstoff bei Abschluss
1	Kiesteilchengröße: 20–30 mm, 2-Zoll-Bett mit zugesetztem Diesel	1,2	0
2	Kiesteilchengröße: 20–30 mm, 7-Zoll-Bett mit zugesetztem Diesel	1,8	0
3	Kiesteilchengröße: 20–30 mm, 12-Zoll-Bett mit zugesetztem Diesel	2,1	0
4	Sand/Ton/Wasser/Öl-Kugeln: 6 bis 31 mm, Bettdicke: 6 Zoll	1,9	0,1
5	Sand/Ton/Wasser/Öl-Kugeln: 6 bis 31 mm, Bettdicke: 12 Zoll	4,6	0,1
6	Sand/Ton/Wasser/Öl-Kugeln: 6 bis 31 mm, Bettdicke: 12 Zoll. Test für Kunden durchgeführt.	7,0	0,1

Die obige Tabelle veranschaulicht, dass Kohlenwasserstoffe aus einer Vielfalt von Substanzen und bei unterschiedlichen Gewichtsprozentanteilen entfernt werden können. Obwohl die vorliegende Erfindung unter Bezugnahme auf bestimmte Erdbodenmuster beschrieben wird, ist mit einer solchen Beschreibung keine Einschränkung beabsichtigt. Es liegt ausdrücklich innerhalb des Schutzumfangs der vorliegenden Erfindung, dass Kohlenwasserstoffe aus Bohrschlamm, anderen Arten von Bohrgut und anderen Feststoffen, die mit der Produktion von Kohlenwasserstoffen verbunden sind, entfernt werden können. Des Weiteren liegt es ausdrücklich innerhalb des Schutzumfangs der vorliegenden Erfindung, dass unterschiedliche Anzahlen von Prozesstiegeln, Prozesskammern, Brennern, Kondensatoren, thermischen Oxidatoren und Wärmerückgewinnungseinheiten verwendet werden können. Durch Bezugnahme auf ein beliebiges dieser Elemente im Singular oder Plural, wie oben beschrieben, ist keine Einschränkung des Schutzumfangs der Erfindung beabsichtigt.
Obwohl die Erfindung im Hinblick auf eine eingeschränkte Anzahl von Ausführungsformen beschrieben wurde, werden Fachmänner, die aus dieser Offenbarung Nutzen ziehen, zu schätzen wissen, dass andere Ausführungsformen ersonnen werden können. Dementsprechend sollte der Schutzumfang der Erfindung nur durch die angefügten Ansprüche eingeschränkt sein.

Claims

System (90) zum Trennen von Kohlenwasserstoffen von einem Material, das Folgendes umfasst: eine Prozesskammer (103) mit einem Einlass und einem Auslass (122) der Prozesskammer (103); einen Prozesstiegel (102), der dazu abgestimmt ist, entfernbar in die Prozesskammer (103) eingesetzt zu werden; eine Wärmequelle (112), die dazu abgestimmt ist, erhitzte Luft zuzuführen; wobei der Einlass und der Auslass (122) der Prozesskammer (103) einen ausreichenden Druckunterschied aufweisen, um Luft, die von der Wärmequelle (112) erhitzt wurde, in die Prozesskammer (103) durch das Material zu treiben, wobei die getriebene erhitzte Luft dazu abgestimmt ist, Kohlenwasserstoffe und andere Verunreinigungen, die sich auf dem Material befinden, zu verdampfen; und einen ersten Kondensator (110), der wirkend mit dem Auslass (122) der Prozesskammer (103) verbunden ist und dazu abgestimmt ist, die verdampften Kohlenwasserstoffe und anderen Verunreinigungen zu kondensieren; wobei das System (90) zum Trennen von Kohlenwasserstoffen von dem Material dadurch gekennzeichnet ist, dass es weiterhin Folgendes umfasst: eine Wärmerückgewinnungseinheit (108), die wirkend mit dem Auslass (122) der Prozesskammer (103) verbunden ist und dazu abgestimmt ist, Wärme aus Luft zurückzugewinnen, die die verdampften Kohlenwasserstoffe und anderen Verunreinigungen enthält; und ein Steuerventil (132), das wirkend zwischen dem ersten Kondensator (110) und einem Wärmerückgewinnungseinheitseinlass (138) der Wärmerückgewinnungseinheit (108) angeschlossen ist, wobei das Steuerventil dazu abgestimmt ist, Luft, die bereits durch das Material geleitet wurde, durch die Wärmerückgewinnungseinheit (108) rückzuführen.
System (90) nach Anspruch 1, das weiterhin Folgendes umfasst: ein Gebläse, das wirkend mit dem Einlass und dem Auslass (122) der Prozesskammer (103) verbunden ist und dazu abgestimmt ist, die Luft, die von der Wärmequelle (112) erhitzt wurde, in die Prozesskammer (103) durch das Material zu treiben, das sich auf dem Prozesstiegel (102) in der Prozesskammer (103) befindet.
System (90) nach Anspruch 2, wobei Luft durch niedrigen Druck, der an einem Gebläseeinlass erzeugt wird, aus dem Auslass (122) der Prozesskammer (103) gezogen wird.
System (90) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, das weiterhin eine Haube umfasst, die sich über der Prozesskammer (103) befindet, wobei die Haube zwischen einer offenen Position und einer geschlossenen Position bewegt werden kann und dazu abgestimmt ist, ein Herausnehmen aus und ein Einsetzen in den Prozesstiegel (102) zu ermöglichen.
System (90) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, das weiterhin mindestens einen Filter (124) umfasst, der dazu abgestimmt ist, teilchenförmige Substanz aus der erhitzten Luft zu entfernen, die sich zwischen dem Auslass (122) der Prozesskammer (103) und einem Einlass (126) des ersten Kondensators (110) befindet.
System (90) nach Anspruch 5, wobei der erste Kondensator (110) Folgendes umfasst: Kühlschlangen, die dazu abgestimmt sind, die verdampften Kohlenwasserstoffe und anderen Verunreinigungen zu kondensieren, um verflüssigte Kohlenwasserstoffe und andere Verunreinigungen zu bilden; einen Öl-/Wasserabscheider (116), der mit einem Kondensatorauslass (128) verbunden ist und dazu abgestimmt ist, die flüssigen Kohlenwasserstoffe zu trennen; und einen Kondensatorauslass (128), der dazu abgestimmt ist, verflüssigte Kohlenwasserstoffe und andere Verunreinigungen zu dem Öl-/Wasserabscheider (116) zu befördern.
System (90) nach Anspruch 6, das weiterhin Folgendes umfasst: einen zweiten Kondensator (111), der wirkend mit dem ersten Kondensator (110) verbunden ist; und ein Gebläse (113), das sich zwischen dem zweiten Kondensator (111) und dem ersten Kondensator (110) befindet.
System (90) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei das Steuerventil (132) dazu abgestimmt ist, zu hohen Druck in dem ersten Kondensator (110) durch einen thermischen Oxidator (114) abzuleiten.
System (90) nach Anspruch 8, wobei das Steuerventil (132) mindestens ein Element umfasst, das aus der Gruppe bestehend aus einem Kontrollmessgerät, einem Drucksensor und einem Überdruckventil ausgewählt ist.
System (90) nach Anspruch 8, wobei das Steuerventil (132) wirkend mit einem Sensor verbunden ist, der dazu abgestimmt ist, nicht kondensierbare Gase zu erkennen, wobei das Steuerventil (132) dazu abgestimmt ist, nicht kondensierbare Gase durch den thermischen Oxidator (114) abzuleiten.
System (90) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei die Wärmerückgewinnungseinheit (108) dazu abgestimmt ist, zurückgewonnene Wärme zum Erhitzen von Luft, die bereits durch das Material geleitet wurde, einzusetzen.
Verfahren zum Trennen von Kohlenwasserstoffen von einem Material, das Folgendes umfasst: Treiben eines Stroms erhitzter Luft in einen Einlass einer Prozesskammer (103); Leiten des Stroms erhitzter Luft durch das Material, um Kohlenwasserstoffe und andere Verunreinigungen, die sich darauf befinden, zu verdampfen; Leiten des Stroms erhitzter Luft, der die Kohlenwasserstoffe enthält, durch einen ersten Kondensator (110), um verflüssigte Kohlenwasserstoffe zu bilden; Sammeln der verflüssigten Kohlenwasserstoffe; wobei das Verfahren dadurch gekennzeichnet ist, dass es Folgendes umfasst: Zurückgewinnen von Wärme aus Luft, die die verdampften Kohlenwasserstoffe und anderen Verunreinigungen enthält, durch eine Wärmerückgewinnungseinheit (108) und Rückführen erhitzter Luft, die bereits durch das Material geleitet wurde, durch eine Wärmerückgewinnungseinheit (108) und durch das Material.
Verfahren nach Anspruch 12, das weiterhin das Filtern (124) des Stroms von Luft vor dem Leiten des Stroms durch den ersten Kondensator (110) umfasst.
Verfahren nach Anspruch 12, das weiterhin das Filtern (130) des Stroms von Luft nach dem Leiten des Stroms durch den ersten Kondensator (110) umfasst.
Verfahren nach Anspruch 12, das weiterhin das Leiten des Stroms von Luft durch einen zweiten Kondensator (111) umfasst.
Verfahren nach Anspruch 12, das weiterhin das thermische Oxidieren (114) etwaiger nicht kondensierbarer Gase des Stroms von Luft und das Zurückleiten des Stroms von Luft durch die Wärmerückgewinnungseinheit (108) umfasst.
Verfahren nach Anspruch 12, wobei ein Kohlenwasserstoffgehalt eines Materials nach dem Behandeln des Materials über eine Zeitspanne auf 0,1% oder weniger reduziert wird.
Verfahren nach Anspruch 12, wobei der Schritt des Rückführens erhitzter Luft, die bereits durch das Material geleitet wurde, durch eine Wärmerückgewinnungseinheit (108) und durch das Material das Einsetzen zurückgewonnener Luft zum Erhitzen der Luft, die bereits durch das Material geleitet wurde, umfasst.