KR101950383B1

KR101950383B1 - 유기액체의 체적감소를 위한 방법

Info

Publication number: KR101950383B1
Application number: KR1020137030004A
Authority: KR
Inventors: 가빈 그렌트; 데이비드 메이저; 제이슨 게르하르드; 호세 토레로; 그렌트 숄즈; 파올로 피로니; 크리스틴 스위처
Original assignee: 지오씬텍 컨설턴츠, 인크.
Priority date: 2011-04-29
Filing date: 2012-04-26
Publication date: 2019-02-20
Also published as: EP2701826A1; JP5974081B2; BR112013027815A2; CA2832080C; CN103492050B; AU2012249643B2; ES2719283T3; EP2701826B1; DK2701826T3; CA2832080A1; EA201391573A1; WO2012149183A1; PL2701826T3; CN103492050A; AU2012249643A1; EA025629B1; BR112013027815B1; EP2701826A4; LT2701826T; US20120272878A1

Abstract

유기 액체의 체적 감소를 위한 방법들이 제공되어 있다. 이 방법들은 혼합물을 생성하기 위한 다공성 매트릭스 물질을 유기 액체와 섞고, 산화제를 혼합물로 가하며, 그리고 혼합물의 자체 유지 스몰더링 연소를 개시하는 것으로 구성된다. 추가적인 실시예는 유기 액체 또는 다공성 매트릭스 물질 또는 이들의 혼합물을 반응 용기, 라군, 또는 매트릭스 더미에 모은다. 더 나아간 실시예는 연소 개시를 위하여 적어도 하나의 전열기를 그리고 연소 개시와 유지를 위하여 산화제 공급을 위한 적어도 하나의 공기 공급 포트를 이용한다. 한층 더 나아간 실시예는 스몰더링 연소가 자체 유지되거나 필요한 온도가 중금속이나 석면 같은 다른 오염물을 감소 또는 제거할 수 있도록 연료 첨가물 회분을 스몰더링 이전에 집합체에 첨가하는 것으로 구성된다.

Description

유기액체의 체적감소를 위한 방법{METHOD FOR VOLUMETRIC REDUCTION OF ORGANIC LIQUIDS}

본 출원은 2011년 9월 7일에 접수된 미국 임시특허 출원번호 61/531,895, 2011년 4월 29일에 접수된 미국 임시특허출원 번호 61/480,852의 우선권을 주장하며 상기 출원들의 전체적 내용이 본 출원에 참조물로 포함되어 있다.

본 발명은 유기 액체의 체적을 스몰더링 연소로 감소시키는 방법에 관한 것으로서, 자세하게는 그 유기액체가 저장된 곳 안에서 다공성 매트릭스 안에 모여있을 때의 방법을 말한다.

폐기물 유기액체의 관리는 보건, 환경 그리고 미관상의 영향을 줄이는 비용 효율적 대안이 많지 않은 복잡한 문제를 가지고 있다. 현재의 관리 방법은 유기액체를 쓰레기 매립지에서의 처리, 소각으로의 파괴, 그리고 재활용 등에 초점을 두고 있다. 최근 진보된 통합폐기물관리(IWM) 시스템은 전 과정 분석과 지속 가능한 폐기물 관리 전략을 실행함으로써 이러한 물질들의 영향을 최소화시켰다. 하지만 고질화된 유기 액체 폐기물에 관한 문제점 때문에 소각과 매립만이 현재의 유일한 실용적인 대안이다.

최근 오염 수리지질학의 발전은 스몰더링 연소가 유기액체로 오염된 지하 토량 처리에 사용될 수 있음을 보여줬다. 이 방식은 "능동 개선을 위한 자가유지기술 (STAR)"로 상업화되어 있으며 미국 특허의 대상이다.

스몰더링은 무화염 형태의 연소로서 그 열을 고체 또는 액체 연료가 산화 환경에서 가열될 때 그 표면에서 일어나는 반응으로부터 끌어낸다. 스몰더링 연소 반응의 한 예는 담배 궐련이나 연소하는 폴리우레탄폼 조각이다. 스몰더링은 연료가열 속도가 산화제의 연료로의 확산 속도보다 낮을 때만 일어날 수 있다. 그러므로, 스몰더링은 연료 표면으로의 산화제의 확산 속도가 물질을 기화시키는데 필요한 가열 속도보다 빠를 것을 필요조건으로 한다. 확산 과정이 상대적으로 느려서 스몰더링은 연료가 매우 넓은 표면적을 산화제에 노출하는 (산화제 비말 동반 속도=산화제의 확산 흐름 X연료의 표면적) 조건에서 유일하게 일어난다. 이 조건은 물질이 매우 넓은 표면적 대 체적비율을 가진 다공성 물질 내에서 가장 흔히 이루어진다. 궐련과 타 고체 유기물질 (예를 들어, 쓰레기, 석탄 폐기물, 폴리우레탄 폼, 등)일 경우, 담배는 연료이며 다공성 매트릭스이다; 그에 반하여 STAR 공정에 있어서는, 연료는 유기성 오염물이고 다공성 매트릭스는 지하 토양이다.

스몰더링 연소는 화염 연소와는 다른 성질을 가지고 있다. 화염은 기체 단계에서 연료와 산화제 혼합물을 방출시키고 더 가열할 경우 화염에 이르게 하는 연소 과정으로, 이 과정에 의하여 응축된 연료 (액체나 고체)가 외부 열원으로 기화된다. 화염은 작은 표면적 대 체적 비율을 가지고 있다; 따라서, 가열 속도가 산화제의 확산 속도를 훨씬 능가한다. 게다가, 화염은 기화된 기름과 기체 상태의 산소 사이의 반응을 나타낸다. 그러므로, 화염 연소는 기체 상태에서 기화연료와 기화 산화제 사이에서 일어나는데 이는 균질 연소 반응인 것이다. 스몰더링 연소는, 정반대로 기체 상태의 산화제가 응축된 액체 또는 고체 연료에 확산할 액체/고체 표면에서 일어난다; 그러므로 이 과정은 불균질 반응이다.

스몰더링 연소는 단기간의 에너지 주입과 스몰더링 연소 반응을 개시하고 유지할 산화제 (예를 들어 산소, 공기, 과염소산염)의 첨가가 필요하다. 스몰더링 연소는 탄소 화합물과 산화제를 이산화탄소, 물 그리고 에너지로 전환 시키는 발열 반응 (순 에너지 생산)이다. 그러므로, 단기간의 편재된 낮게 주입된 에너지를 통한 점화 후, 스몰더링 연소 반응은 자체 유지 방식으로 계속될 수 있다; 예를 들어 STAR 시스템으로 오염물을 연소시키는데 필요한 열에너지는 주로 오염물 자체 안에 있는 고유 에너지로부터 나온다.

열분해와 휘발화와 같은 흡열 공정 (순 에너지 소비)을 통하여 오염물을 제거 또는 파괴하는 열처리 공정을 이용하는 기술군을 포함하는 오염된 토양을 복원하는 다수의 방법이 있다. 이러한 다른 열 처리방법 보다 STAR 시스템이 유리한 점은 STAR 시스템은 오염물 내의 고유 에너지를 이용하여 오염물 파괴를 가능하게 한다; 반면에 다른 열처리 방식은 다량의 열/에너지 주입을 오염된 토양에 적용함을 요구하는데, 이는 종종 이러한 기술들을 엄청난 비용이 들게 한다.

유기 폐기물 처리를 위한 현재의 기술도 비슷한 문제가 있다. 예를 들어 소각은 유기 액체의 체적 감소나 파괴를 위한 지속적인 에너지 주입을 요구하는 에너지 집약적인 기술이다. 결론적으로, 소각은 종종 비용이 많이 드는 처리 기술인 것이다.

스몰더링은 전통적으로 고체 연료에서 관찰되어 왔고 석탄 더미나 고체 유기 폐기물 더미에서 일어나는 것으로 알려져 왔다. 궐련의 예에서는, 스몰더링 연소는 연료원과 다공성 매트릭스가 실재함을 필요로 하는데, 대부분의 경우에는 연료원과 다공성 매트릭스는 일체이며 동일체 (예, 담배)이다. 따라서, 다공성 매트릭스의 부재로 인하여, 액체 연료의 스몰더링 연소기법은 오랫동안 불가능하다고 무시되어 왔다. 일부 연구에서는 기름과 다른 자체 점화 액체에 적셔진 다공성 절연 물질 안에서 발생한 지연된 화재(lagging fire)와 연소 전면이 석유 유층에서 시작되어 기름을 추출 지점으로 향하게 하는 석유 회수 증진기법에서 다공성 매트릭스 안에서의 액체 연료의 연소를 조사해 보았다. 그러나, 스몰더링 연소가 다량의 유기 액체의 체적 감소 처리나 효과를 내기 위한 수단으로 사용된 적이 없다.

아래와 같이, 스몰더링 연소는 연료원과 다공성 매트릭스가 실재할 때만 가능하다. 석탄 더미 또는 쓰레기와 같은 고체 유기 폐기물인 경우, 유기 폐기물 자체가 연료원과 다공성 매트릭스 둘 다의 역할을 한다. 유기 액체일 경우, 스몰더링 반응이 일어나기 위한 필요한 조건을 만들기 위하여 다공성 매트릭스가 유기 액체에 첨가되어야 한다. 이러한 과정은 모래 같은 반응성 또는 불활성 물질을 유기 액체에 첨가하던가 또는 유기 액체를 다공성 매트릭스 층이나 더미에 더함으로써 이룰 수 있다. 일단 이러한 조건이 형성되면 STAR 공정에서 설명된 비슷한 방식으로 스몰더링 공정은 유기 액체와 다공성 매트릭스 혼합물 내에서 개시될 수 있다. 스몰더링 공정을 개시하기 위하여 그 혼합물은 가열되고 산화제가 첨가된다: 그리고 나서 가열원은 종료되나 산화제 첨가는 계속되어 자체 유지 반응 (즉, 스몰더링 연소를 위한 에너지원은 외부 에너지원과는 대조적으로 유기 액체이다)이 일어나 유기액체의 체적 감소가 일어난다.

본 발명의 실시예들은 스몰더링 연소가 먼저 다공성 매트릭스 안에 유기 액체를 응집시킴으로써 어떠한 유기 액체의 체적도 감소시킬 수 있다는 놀라운 발견의 기회를 활용한다. 유기 액체나 액체 연료는 다공성 고체 연료에 공통적인 필수적인 표면적이 없으므로 응집 단계 없이 스몰더링을 한다고 알려져 있지 않다.

본 발명은 유기 액체 처리를 위한 자체 유지 스몰더링 연소의 원리에 바탕을 두고 있다. 스몰더링 연소기법은 유기 액체 처리 방법으로서 전통적인 처리 기술보다 적은 에너지 요구량, 저비용, 더 신속한 처리, 그리고 효과적인 처리와 같은 혜택을 제공한다. 더욱이 본 발명은 스몰더링 연소 방식이 유기 액체을 연소 가스로 변형 시킴으로써 유기 액체를 저장할 값 비싼 땅을 조달하여 유지할 필요 없게 만들므로 매립 방식보다 훨씬 월등하다 하겠다. 특별히, 스몰더링 연소 기법은 다공성 매트릭스 안에서 유기 액체를 응집하거나 혼합함으로써 유기 액체를 파괴하는 유기 액체의 체적 감소에 적용해도 된다. 유기 액체는 다공성 매트릭스와 혼합되어 산화제가 가해지고 스몰더링이 열원으로 개시되는 혼합물을 생성한다. 그 다음에 산화제 주입이 유지되는 동안 혼합물을 통한 스몰더링 반응의 진행을 유지할 수 있도록 열원은 제거되거나 종료된다.

일부 유기 액체 (예를 들어 콜 타르, 석유 탄화수소, 등)에 내재한 에너지는 종종 자체 유지 반응을 일으킬 수 있을 만큼 충분하다. 이 초과 에너지 (예, 초과열) 일부는 유기 액체나 부분적 혹은 전체적으로 혼합된 유기 액체와 다공성 매트릭스의 2차 처리에 영향을 미치는데 사용된다. 예를 들어, 중금속은 흔한 토양 오염 물질이고 석유 탄화수소 같은 유기 액체에서 종종 발견된다. 중금속은 유기물질이 아니고 연소도 안되지만 수은과 같은 일부 중금속은 휘발성이 있으니 그다음의 처리에서 자체 유지 스몰더링 연소 과정으로부터 발생한 초과 열을 통하여 토양이나 유기 액체로부터 제거될 수 있다. 비슷하게, 어떤 형태의 석면은 섭씨 700도 이상의 온도에서 무해한 상태가 된다고 알려졌다; 그러므로, 자체 유지 스몰더링 연소 과정으로부터 발생한 초과 에너지는 석면 광물을 함유한 토양과 현탁액 처리에 사용될 수 있다. 마지막으로, 자체 유지 스몰더링 연소 과정으로부터 발생한 초과 열은 토양이 수분 또는 물을 함유한 토양이 과정 중인 다공성 매트릭스로 사용될 경우 토양을 건조하는 데 사용할 수 있다.

그 반대로, 일부 유기 액체는 자체 유지 반응을 일으킬 수 있을 만큼의 충분한 에너지가 부족하다. 이러한 화합물은 유기물이기 때문에 연소가 되겠지만, 충분한 고유 에너지가 없이는 반응을 유지하기 위하여 외부 에너지 공급이 필요하다. 이러한 점은 혼합물의 고유 에너지를 증가시키기 위하여 연료 첨가물을 회분식 첨가로 극복할 수 있고 따라서, 자체 유지 스몰더링이 진행되는 것을 가능하게 한다. 비록 연소 반응이 연료 첨가제의 첨가 없이 자체 유지가 되지만, 스몰더링 반응의 특성 (예, 온도)에 영향을 미칠 연료 첨가제를 첨가하는 것이 또한 이득일 수 있다.

본 발명의 일부 실시예에서는 스몰더링 공정이 스몰더링 연소를 개시할 세라믹, 불쏘시개, 또는 스타터 연료의 사용이 필요하지 않는다. 또한 고체의 스몰더링에 필요할지도 모르는 통로(채널)를 스몰더링을 유지하기 위하여 다량의 응집체에 만들 필요가 없다.

본 발명의 첫 실시예는 유기 액체의 체적 감소를 위한 방법을 제공한다. 이 방법은 유기 액체의 체적 감소를 하기 위하여 다공성 매트릭스 물질을 액체와 섞어 혼합물을 만들고, 그 혼합물을 가열하고, 산화제를 혼합물에 통하게 가하고, 혼합물의 자체 유지 스몰더링 연소의 개시와 유지, 그리고 가열원의 종료로 구성된다. 어떤 실시예에서는 반응 조건이 스몰더링 연소의 전개가 점화 점에서 떨어진 혼합물을 통하여 야기될 수 도록 유지된다.

특정한 실시예에서는, 체적 감소 이전에 유기 액체가 응집된다. 이러한 실시예들의 방법들은 더 나아가 유기 액체를 반응 용기에서 응집시키는 것으로 구성되어 있다. 추가적인 실시예는 더 나아가 유기 액체를 다공성 매트릭스 물질을 포함하는 매트릭스 더미에서 응집시키는 것을 구성한다. 게다가 다른 실시예는 더 나아가 다공성 매트릭스를 유기 액체 폐기물용 라군에서 응집함으로 구성된다.

더 나아간 실시예는 스몰더링 연소 구역으로 지속적인 혼합물을 공급하는 것으로 구성된다.

어떤 실시예에서는 다공성 매트릭스 물질 혼합이 유기 액체와 다공성 물질을 용기에 회분식으로 공급하는 것으로 구성된다.

추가적인 실시예는 혼합물을 생성하기 위한 다공성 매트릭스 물질을 유기 액체와 혼합하기 위하여 혼합 도구를 사용하는 것으로 구성된다. 특정한 실시예에서는 혼합 도구가 회전 나선형 날인 것을 포함한다.

본 발명의 또 다른 실시예에서는, 유기 액체의 체적 감소를 위한 방법이 제공되는데, 혼합물을 생성하기 위하여 다공성 매트릭스 물질을 유기 액체와 혼합하는 것에 있어서 다공성 매트릭스 재료로 구성되는 영구 또는 반영구적 제한층과 유기 액체를 지속적으로 상기 제한층에 주입함으로 구성된다. 본 발명의 또 다른 실시예에서는, 혼합물을 생성하기 위하여 다공성 매트릭스 재료를 유기 액체를 혼합하는 것에 있어서 유기 액체로 구성된 유기 액체 제한층 형성과 다공성 매트릭스 물질을 지속해서 유기 액체 제한층에 주입하는 것으로 구성된다.

특정한 실시예에는, 산화제를 혼합물에 가하는 것이 하나의 주입구를 통한 혼합물로의 공기주입을 포함한다. 어떠한 실시예에서는, 산화제를 혼합물에 가하는 것이 다수의 주입구를 통한 혼합물로의 공기주입을 포함한다. 다른 실시예에서는, 산화제를 혼합물에 가하는 것이 하나의 주입구를 통한 혼합물로의 산소주입을 포함한다. 어떠한 실시예에서는, 산화제를 혼합물에 가하는 것이 다수의 주입구를 통한 혼합물로의 산소주입을 포함한다. 다른 실시예에서는, 산화제를 혼합물에 가하는 것이 하나의 주입구를 통한 혼합물로의 액체 산화제 주입을 포함한다. 어떠한 실시예에서는, 산화제를 혼합물에 가하는 것이 다수의 주입구를 통한 혼합물로의 액체 산화제 주입을 포함한다. 어떠한 실시예에서는 산화제를 혼합물에 가하는 것이 혼합물을 통한 산화제 흡입을 위한 진공상태를 만듦을 포함한다. 다른 실시예에서는,산화제가 스몰더링 연소 개시 전 혼합물 내에 위치한다.

어떤 실시예에서는, 스몰더링 연소 개시가 스몰더링 연소를 개시할 충분한 시간 동안 다수의 가열원 가운데 적어도 하나로부터의 열을 혼합물에 적용하는 것을 포함한다. 특정한 실시예에서는 다수의 가열원 중 적어도 하나는 혼합물 외부의 대류성 가열원이다. 다른 실시예에서는 다수의 가열원 중 적어도 하나는 혼합물 내의 대류성 가열원이다. 또 다른 실시예에서는 다수의 가열원 중 적어도 하나는 혼합물과 직접 접촉하는 내부 전도성 가열원이다. 다른 실시예에서는 다수의 가열원 중 적어도 하나는 혼합물에 복사성 열을 적용한다.

또 다른 실시예에서는, 스몰더링 연소 개시가 혼합물과 직접 접촉을 하는 내부 전도성 열원으로부터의 열을 혼합물에 적용하는 것을 포함한다. 다른 실시예에서는 스몰더링 연소 개시가 혼합물과 연결된 대류성 가열원으로부터의 열을 혼합물에 가하는 것을 포함한다. 특정한 실시예에서는 대류성 가열원이 혼합물 외부에 있다. 다른 실시예에서는 대류 열원이 혼합물 내에 있다. 본 발명의 또 다른 실시예에서는 스몰더링 연소 개시가 혼합물에 복사열을 가하는 것을 포함한다. 다른 실시예에서는 스몰더링 연소 개시가 연소 반응을 통하여 화합물에 열을 가하는 것을 포함한다. 본 발명의 다른 실시예에서는 스몰더링 연소 개시가 열을 발열 화학 반응을 통하여 혼합물에 가함을 포함한다.

어떠한 실시예에서는, 혼합물에 대한 가열원이 스몰더링 연소 개시 뒤에 중단된다. 다른 실시예에서는, 혼합물에 대한 다수의 가열원중 적어도 하나가 스몰더링 연소 개시 뒤에 종료된다.

본 발명의 또 다른 실시예에서는, 유기 액체의 체적 감소 방법들이 혼합물을 생성하기 위하여 다선형 혼합 기구로 다공성 매트릭스 물질을 유기 액체와 혼합함과, 첫 번째 컨베이어를 통한 혼합물의 스몰더링 연소 구역으로의 공급, 그리고 연소된 산물의 두 번째 컨베이어를 통한 제거로 구성된다.

어떠한 실시예는 더 나아가 유기 액체를 지면 위에서 응집함으로 구성된다. 다른 실시예에서는 더 나아가 유기 액체를 지면 아래에서 응집함으로 구성된다.

어떤 특정한 실시예에서는, 다공성 매트릭스 재료가 모래, 토양, 유사, 양토, 다짐토, 조약돌, 자갈, 쇄석, 유리, 세라믹, 비석, 나뭇조각, 숯, 석탄, 드릴 절설물및 위의 조합물로 구성된 그룹으로부터 선택된다. 어떠한 실시예는 더 나아가 스몰더링 연소를 섭씨 200도와 2,000도 사이의 온도 범위에서 수행함으로 구성된다. 다른 실시예에서는 더 나아가 공기를 초당 0.0001cm와 100cm 사이의 선속도로 혼합물에 통과함으로 구성된다.

본 발명의 또 다른 실시예는 더 나아가 연소 전에 다공성 매트릭스 재료와 보충 연료를 섞고 유기 액체와 혼합함으로 구성된다.

어떤 실시예에서는, 유기 액체는 액체다. 다른 실시예에서는, 유기 액체가 슬러지다. 다른 실시예에서는 유기 액체가 현탁액이다. 또 다른 실시예에서는 유기 액체가 유탁액이다.

또 다른 실시예에서는 응집체를 형성하기 위하여 반응 용기, 매트릭스 더미, 또는 라군에서 유기 액체를 응집함으로 구성되는 유기 액체 감소 방법을 제공한다. 이 실시예는 더 나아가 식물성 기름, 타르, 화학 산화제, 굴착이수, 그리고 석유탄화수소로 구성된 그룹에서 선택된 보충 연료를 응결체에 첨가함으로 구성된다. 이 실시예는 또한 자체 유지 스몰더링 연소를 가능하게 할 혼합물을 생성하기 위하여 모래, 토양, 유사, 양토, 다짐토, 조약돌, 자갈, 쇄석, 유리, 세라믹, 비석, 나뭇조각, 숯, 석탄, 드릴 절설물 및 위의 조합물로 구성된 그룹으로부터 선택된 다공성 매트릭스 물질을 유기 액체와 혼합되는 것으로 구성된다. 이 실시예는 더 나아가 적어도 하나의 공기 공급 포트로부터의 공기를 혼합물을 통해 주입하는 것과 혼합물의 자체 유지 스몰더링 연소를 적어도 전도성, 대류성, 또는 복사성 전열기로 유기 액체의 체적 감소를 위하여 개시함으로 구성한다.

상기 설명된 실시예들은 유기액체의 체적 감소 방법으로서 자체 유지 스몰더링 연소 방법을 촉진하고 유지하는 것이 바람직하다는 것을 말하고 있다.

앞선 실시예의 특징들은 첨부된 도면을 참고로 다음과 같은 상세한 설명을 참고로 하여 손쉽게 이해될 것이다.
도1은 본 발명 실시예들의 혼합용기와 전형적인 혼합도구의 도식적 단면도.
도2는 고정된 또는 유리된 다공성 매트릭스를 담고 있는 혼합용기의 도식적 단면도
도3은 매트릭스 재료가 첨가된 다량의 유기 액체를 담고 있는 유기 액체 라군의 도식적 단면도.
도4는 유기 액체 물질이 가해지고 혼합된 매트릭스 더미 또는 토양 더미의 도식적 단면도.
도5는 본 발명 실시예에 따른 유기 액체/다공성 매트릭스 혼합물의 확대 도면.
도6은 산화제원, 공기 공급 포트, 그리고 가열 요소로 구성된 연소 반응 용기의 도식적 단면도다.
도7a는 유기 액체와 다공성 매트릭스와의 혼합물과 다수의 공기 공급 포트와 가열 요소로 구성된 유기 액체 라군의 단면도.
도7b는 유기 액체와 다공성 매트릭스와의 혼합물과 다수의 공기 공급 포트와 가열 요소로 구성된 토양 더미의 단면도.
도 8a는 유기 액체와 다공성 매트릭스와의 혼합물, 산화제원, 라군 내의 공기 공급 포트, 그리고 대체 가열 요소로 구성된 유기 액체 라군의 단면도. 도8b는 유기 액체와 다공성 매트릭스와의 혼합물, 산화제원, 더미 내의 공기 공급 포트, 그리고 대체 가열 구성 요소로 구성된 토양 더미의 단면도.
도9는 공기의 흐름 방향으로, 유기 액체와 다공성 매트릭스 물질의 혼합물을 통해 연소 전면이 진행됨을 나타내는 그림
도 10은 컨베이어 또는 오거 (auger) 장치가 유기 액체와 다공성 매트릭스 재료의 혼합물을 연속 또는 반연속적 공급으로 스몰더링 연소 반응 전면으로 이송하는데 사용되는 반응 용기의 단면도.
도11은 연속 또는 반연속으로 공급되는 유기 액체가 다공성 매트릭스 물질에 첨가되는 고정된 또는 반영구적 다공성 매트릭스가 있는 반응 용기의 단면도.
도12는 본 발명의 실시예에 따른 특정한 단계를 설명하는 순서도.
도13은 기름/모래 혼합물의 자체 유지 스몰더링 연소의 시간별 온도 변화의 도표.
도14는 석유탄화수소의 F1과 BTEX구간, F2-F4구간, 그리고 본 발명의 방법에 따른 처리 전후의 기름/모래 혼합물의 PAH 복합체 안에서의 농도를 나타내는 도표.
도15는 다공성 매트릭스 만으로서의 거친 모래의 사진 (A); 처리 전 모래와 기름의 혼합물 (C); 처리 후의 다공성 매트릭스 (B).

정의. 본 설명과 첨부된 청구항에서 사용되듯, 다음 용어들은, 달리 필요로 하는 맥락일 경우가 아닌 이상, 표기된 의미를 갖는다.

"다공성 매트릭스"는 구멍 (열린 공간)을 가진 합성 또는 자연적 고체 물질로서 상기 고체 물질이 구멍들을 가진 한 개의 조각이거나 사이 사이에 구멍이 있는 과립형 고체 더미를 말하기도 한다. 본 발명의 실시예의 다공성 매트릭스를 구성하기 적합한 물질의 예로는 모래, 토양, 유사, 양토, 다짐토, 조약돌, 자갈, 유리구슬, 나뭇조각, 비석, 쇄석, 세라믹 조각 또는 구슬, 숯, 석탄, 드릴 절설물 및 위의 조합물로 구성된 것을 포함한다.

구성물의 "스몰더링 연소"란 화염 없는 연소 행위 또는 과정으로서, 신속한 산화에 화염이 아닌 열과 빛이 동반하고; 연소는 구성물의 표면에서 일어나며 (즉, 구성물 위의 화염같이 기체상에서가 아닌), 이 경우, 상기 구성물은 유기 액체와 다공성 매트릭스의 혼합물이다.

"유기 액체"란 액체로서 흐를 수 있거나 찐득함을 함유한 유기 탄소 화합물 같은 가소성을 가지고 탄화수소 슬러지, 현탁액 또는 유탁액 같은 부분액체인 물질을 포함하는 유기 물질을 의미한다.

"자체 유지"란 스몰더링 연소가 외부 에너지의 가함 없이 유기 액체 안에서 유지되거나 유기 액체를 통하여 진행되는 반응 조건을 말하는 것인데, 즉, 이미 스몰더링 중인 유기 액체가 인접 물질의 온도를 연소점까지 상승 시킬 충분한 열을 생성한다는 것이다. 처음에 스몰더링 연소 개시에 가열이 필요하더라도, 조건들은 자체 유지라 할 수 있다.

"매트릭스 더미" 모든 더미, 흙더미 또는 수직 형태의 복합체 또는 다공성 매트릭스 물질의 응집체를 의미한다. 매트릭스 더미는 영구적 또는 반영구적일 수 있다.

"점화"란 연소개시 과정을 의미한다.

"전도성 가열"이란 열에너지가 직접적인 물리적 접촉으로 전달됨을 의미한다.

"대류성 가열"이란 열에너지가 유체의 흐름으로 전달됨을 의미한다.

"복사성 가열"이란 열에너지가 전자기 복사로 전달됨을 의미한다.

"혼합도구"란 사용될 때 유기 액체와 다공성 매트릭스를 합하거나 섞어서 덩어리나 혼합물로 만드는 기구를 의미한다.

유기 액체의 "저장소"란 용기 또는 지면 위의 더미, 또는 지면 아래의 공동 안에 있는 유기 액체의 응집체다. 비슷하게, 유기 액체와 매트릭스와의 혼합체의 "저장소"는 용기 또는 지면 위의 더미, 또는 지면 아래의 공동 안의 혼합물의 응집체이다.

산화제 (기체)와 연료 (액체 또는 슬러지)가 별개의 상이기 때문에 스몰더링은 비균질성 연소 반응이다. 이는 단일한 상(기체)에서 일어나는 규질성 반응인 화염 연소와 대조적이다.

본 발명의 실시예에서, 다공성 매트릭스는 스몰더링 연소를 가능케 하는 환경 속의 유기 액체를 옭아매는 비계(scaffold)의 역할을 한다. 스몰더링 연소는 시스템 내의 효과적인 에너지 재활용을 통하여 유지된다. 첫째, 다공성 매트릭스에 의하여 함유된 또는 흡수된 열에너지를 발산하면서 유기 액체는 연소한다. 둘째, 함유 또는 흡수된 에너지는 연소 과정이 시작된 공간의 지점으로부터 멀리서 제거된 유기 액체를 예열하기 위하여 다공성 매트릭스로부터 시스템까지 재발산 되거나 돌아오거나 유체(산화제 기체)에 의하여 혼합물을 통하여 이동된다. 그러므로, 과정을 시작하기 위한 단기간의 에너지 주입을 따라서 스몰더링 연소는 자체 유지되며 (즉, 자체 유지 스몰더링은 산화제의 공급으로 반응을 유지하기 위하여 연소하는 유기 액체의 에너지를 사용한다.) 발화 지점으로부터 연소될 물질로 번져 나갈 수 있게 된다. 스몰더링은 폐기물/다공성 매트릭스 혼합물을 통하여 번질 수 있는 유일한 형태의 연소 반응이다 (즉, 화염은 이러한 시스템에서 번져 나갈 수 없다.). 자체 유지 과정에서, 스몰더링 연소 개시에 이어 가열원은 중단된다.

자체 유지 스몰더링 연소는 다음과 같은 조건이 맞으면 유기 액체 처리로 확대될 수 있다. (1) 유기 액체가 스몰더링 연소 과정을 유지할 정도의 충분한 고유 에너지를 함유하고 (즉, 유기 액체가 연소 가능한 물질); (2) 스몰더링 과정을 가능하게 하려고 다공성 매트릭스와 혼합되며; (3) 공정을 시작하기 위한 열원이 제공되며; (4) 산화제 (예를 들어 산소, 공기, 과염소산염)의 공급이 공정의 개시와 유지를 위하여 제공되며; 그리고 (5) 스몰더링 연소 개시에 이어 열원이 중단된다.

자체 유지 스몰더링 연소 처리 방법은 유기 액체, 슬러지, 현탁액, 또는 유탁액에 적용되며, 합성 또는 자연적 다공성 매체나 입자상 고체 매트릭스 안에서 수행될 수 있다. 많은 적용에서 폐기물은 적어도 부분적으로나마 액체상태일 수 있다; 예를 들어 탄화수소 슬러지, 현탁액, 또는 유탁액.

자체 유지 스몰더링 연소 과정은 유기 액체 처리에 많은 이점이 있다. 첫째로, 과정의 연소 산물은 이산화탄소, 일산화탄소, 에너지 그리고 물이다; 그러므로, 유기 액체의 매립이 필요하지 않다. 둘째, 그 과정은 자체 유지 (즉, 자체 유지 스몰더링은 산화제의 공급으로 반응을 유지하기 위하여 연소되는 유기 액체의 에너지를 사용한다.)된다. 그러므로 스몰더링 연소 과정은 소각 과정에서처럼 에너지, 열, 또는 연료의 지속적인 첨가의 필요성을 피하게 된다.

본 발명의 한 실시예에 따라, 도1은 유기 액체와 다공성 매트릭스가 더해지는 혼합 용기(11)를 보여주고 있다. 혼합도구 (12)는 유기 폐기물과 다공성 매트릭스 물질의 (13) 혼합물을 생성하는데 사용된다. 본 발명의 특정한 실시예에서, 스몰더링 연소가 개시되는 반응 용기나 저장소 내에서 혼합이 일어날 수도 있다. 도1의 특별한 실시예에서, 비록 코르크 스크루나 노 모양의 혼합도구를 포함한 어떤 모양도 사용될 수 있으나 나선형 혼합도구가 묘사되어 있다.

혼합용기(11)는 원통형 칼럼이나 직사각형 상자 (예, 스테인레스강의 벽형 용기) 또는 통, 파여진 구멍, 지정된 더미, 또는 벽이 치어진 장소로 만들어질 수 있는데 여기에서 다공성 매개물이 설치되고 스몰더링 과정에 적용하기 위해 준비된 유기 액체와 섞인다.

다공성 매개물은 유리되거나 고정된 다공성 재료일 수 있다(13). 고정된 다공성 매트릭스는 제작(철망, 다공성 판)되거나 자연적인(화산암, 산호) 재료일 수 있다. 유리된 다공성 매트릭스는 제작(강구, 유리구슬)되거나 자연적인 (자갈, 모래) 재료일 수 있다.

혼합물 설치는 백호 굴착기 또는 굴착기를 통한 수동, 나사 컨베이어나 컨베이어 벨트 시스템을 이용한 자동 방식으로 이루어질 수 있다. 액체의 설치는 붓기, 펌핑, 컨베이어 또는 중력을 이용한 공급방식(사이펀)으로 이루어질 수 있다.

유기 액체는 여기서 공개되는 방법으로 체적을 감소시킬 수 있다. 이 방법이 특별히 효과적인 유기 액체는 콜타르와 크레오소트, 석유 탄화수소, 굴착이수, 그리고 폐슬러지다.

여기서 사용되는 스몰더링 연소는 되도록 자체 유지가 된다는 조건에서 개시되고 유지된다. 어떤 물질은 폐기물이나 혼합물에 에너지 증가용 물질을 첨가하지 않아도 스몰더링이 개시되고 유지될 수 있는 충분한 에너지를 가질 수 있다. 그러나, 어떤 폐기 물질은 뒤이은 스몰더링 연소가 자체 유지가 되는 것을 보장하기 위해서 또는 연이은 스몰더링 연소가 더 높은 온도와 같은 특징을 갖게 하려고 점화전에 하나나 그 이상의 연료 보충제의 회분 첨가를 필요로 할 수 있다. 대표적인 연료 보충제의 예로는 식물성 기름, 굴착이수, 석유 탄화수소를 포함한다.

도2는 혼합 또는 반응 용기(21)가 유기 액체와 다공성 매트릭스 재료의 혼합물을 생성하기 위한 유기 액체(23)가 첨가되는 고정된 또는 유리된 다공성 매트릭스(22)를 담고 있는 본 발명의 또 다른 실시예를 묘사하고 있다. 액체나 반액체 물질이 체적으로 감소하는 본 특허의 특정 실시예에서는 유기 액체가 매트릭스 입자 사이로 스며들며 혼합물이 만들어진다. 다공성 매트릭스가 유리되는 실시예에서는 이곳에서 설명된 바와 같이 혼합도구가 혼합하는 데 도움을 줄 수 있다.

혼합도구는 오거, 스크루, 또는 다른 회전 기구와 같은 기계적 혼합기(12) 일 수 있다. 혼합은 진동 또는 전체 용기의 회전(뒤집음)을 통하여 이루어질 수 있다. 혼합은 용기 내의 다공성 매개체에 액체를 붓고 자연적으로 중력이나 모세관현상으로 퍼지게 하거나 압력하에 용기 바닥에 분사함으로써 매개체의 기공 공간을 채우며 용기 위까지 이동하게 하는 것으로 수동적으로 이루어지기도 한다. 유기 액체는 파이프, 활송장치, 또는 다른 방출장치를 통하여 액체의 유동이나 흐름으로 다공성 매트릭스에 첨가되기도 한다.

혼합과정은 지속적, 회분식 또는 반회분식 과정, 또는 독립된 전용 혼합 용기 또는 기구 안에서 완료되는 스몰더링 과정에 사용되는 동일한 용기 안에서 일어날 수 있다.

유리된 매트릭스 물질(아래 도3의 22 또는 33)의 첨가는백호 굴착기 또는 굴착기를 통한 수동, 또는 스크루 컨베이어나 컨베이어 벨트 시스템을 이용한 자동 방식으로 이루어질 수 있다.

컨베이어 시스템은 스크루나 벨트 시스템으로서 혼합 용기로부터 반응 용기로 그리고 반응 용기로부터 처리된 매트릭스 토양 더미로 연결된다. 혼합물 컨베이어는 스크루 컨베이어 또는 다른 기계적 이송 장치 또는 처리된 물질의 반응 용기를 통해 중력을 이용한 통관을 하게 하는 방출 메커니즘일 수 있다.

본 특허의 한 측면은 유기 액체를 다공성 매트릭스에 응집시키는 것이다. 여기에서 설명되는 실시예에서는 응집이 유기 액체 저장소가 지면 위의 용기에 있을 때 일어난다. 그러나, 유기 액체가 라군이나 웅덩이 같은 공동의 지면 아래 저장소 (즉, 지구 표면 아래)에 있을 때를 본 발명의 실시예로 실행할 수도 있다. 도3은 저장소가 유기 액체 라군일 경우를 설명한다(31). 라군은 다량의 반고체 또는 유기 액체 (32) 그리고 그것에 유리된 매트릭스 재료(33)가 첨가되고 혼합기구(34)로 섞여서 유기 액체와 다공성 매트릭스 재료의 혼합물을 생성한다. 유기 액체 라군(31)의 예로는 라인(lined) 굴착이나 언라인(unlined) 굴착, 전환된 웅덩이 또는 유기 액체(32)를 축적하거나 저장하는데 사용되던 자연적 함몰지가 있을 수 있다. 여기서 첨가의 순서는 그리 중요하지 않다는 것을 주지하여야 한다. 라군이 먼저 다공성 매트릭스 물질로 채워지고 유기 액체가 그 이후에 첨가되거나 다공성 매트릭스 재료가 자연적인 토양이나 다짐토이고 유기 액체가 자연적인 토양이나 다짐토 위에 쏟아지고 자연적 토양이나 다짐토로 퍼져 나가는 실시예도 가능하다. 어느 방법이든 간에, 혼합물이 지표 밑 공간에서 적당한 비율로 형성되어 스몰더링 연소와 액체량의 감소를 하게 만든다.

유기 액체 저장소가 지면 위에 매트릭스 더미나 흙더미에 있는 실시예도 가능하다. 도4는 매트릭스 더미(42)가 지면(41) 위에 놓여있고 그 안으로 유기 액체 물질(43)이 가해지는 상기와 같은 실시예를 설명한다. 혼합도구(44)는 유기 액체를 회전시켜 혼합물을 생성하는데 사용될 수 있다. 매트릭스 더미는 받침대 없이 서 있거나 추가적인 구조물 내에서 또는 구조물에 의하여 지지를 받을 수 있다. 예를 들어 더미를 감싸기 위하여 벽이 사용될 수 있다.

매트릭스 더미(42)의 예로는 함몰지 건설을 위해 파낸 물질의 더미, 현장 복원 전략의 일원으로 파내어진 오염물질 더미, 또는 비축된 과립 물질일 수 있다. 유기 물질은 유기 액체를 압력 또는 중력이 걸린 관, 활송장치, 또는 방출장치를 통하여 매트릭스 더미 표면에 붓고 중력 또는 가해진 압력하에 매트릭스 더미로 번져 나가게 하며, 경작 도구나 괭이(hoe)로 매트릭스 더미를 갈며, 백호, 굴착기, 또는 토양 혼합/천공 장비로 섞음으로써 매트릭스 더미에 가해지거나 혼합될 수 있다.

도5는 고체 입자(51)와 연속 또는 비연속적 유기 액체(52)의 방울 또는 갱글리아가 다공성 매트릭스의 기공(53) 내에 위치한 것을 설명하고 있다. 연소성 물질을 다공성 매트릭스에 심어 넣는 것에는 많은 이점이 있다. 첫째, 그것은 국한된 층에 유기액체를 농축하게 한다. 국한된 층의 치수와 체적은 액체의 체적 감소량과 공간입지를 정확히 조절하기 위하여 고정될 수 있다. 둘째, 발열 반응(즉, 연소)으로 충분한 에너지를 방출하게 되면, 그 반응은 다공성 매개체 안에서 자체 유지가 된다.

열 재순환 이론은 쉽게 이해될 수 있으나 실질적 응용은 효율성, 조절된 연소 강도(즉, 스몰더링을 유지하기 위한), 그리고 오염물 방출 조절을 확실히 하기 위한 많은 변수의 균형을 잡는 것이 필요하다. 다공성 매트릭스의 특정한 속성이 필요로 하는 최적화는 다공성 매트릭스의 입자 크기 (예를 들어 마이크로미터에서 수인치까지), 기공의 크기, 투과성 (초당1x10-5 센티미터에서 초당100여 센티미터), 그리고 광물학적 요소(규사, 탄산염 모래)를 포함한다. 최적화에 필요한 유기 액체의 특정한 속성은 화학조성(예를 들어 탄소량과 고유 열에너지), 점도(예를 들어 1 센티스톡에서 100여 센티스톡), 밀도 (예를 들어 세제곱미터 당 200에서 수천 킬로그램), 휘발성(예를 들어 휘발성, 중간 휘발성, 비휘발성), 그리고 습윤성(예를 들어 유기성 습윤 또는 유기성 비습윤)을 포함한다. 최적화에 필요한 연소 시스템의 특정한 속성은 예열 시간 (분에서 일), 예열 강도(섭씨 100도에서 2000도까지의 온도), 초기 산화제 유동 속도 (초당 수 밀리미터에서 초당 수십여 센티미터), 유지되는 산화제 유동속도 (초당 수 밀리미터에서 초당 십여 센티미터), 기압 (대기압에서 수십 제곱 인치당 기압), 그리고 산화제의 내용물 (예를 들어 공기에서 정제 산소)을 포함한다.

본 발명의 실시예에서는, 다음과 같은 다공성 매트릭스 물질이 유기 액체와 적합한 혼합물을 형성한다고 알려졌다: 모래, 토양, 유사, 양토, 다짐토, 조약돌, 자갈, 세라믹 비드, 그리고 유리 비드. 이 물질들이, 만일 맞는 크기라면, 유기 액체와의 혼합물을 생성하는데 표면적 대 체적 비율에서 확산속도가 가열 속도를 초과할 수 있으며 연소 과정에서 발생한 충분한 양의 열이 매트릭스 재료로 이동, 보관되어 매트릭스 재료에 저장된 열이 유기 액체를 더 연소시키게 도와준다. 매트릭스 물질은 유기 액체를 수용하여 혼합될 수 있을 정도의 충분한 기공, 그리고 기공을 통한 공기의 흐름을 처리할 정도의 표면, 모양, 분류 특징을 가진 특징도 가지고 있다. 이 과정은 다양한 유기 액체 대 다공성 매트릭스의 비율 범위 안에서 이루어지나, 일반적으로 0.01% 에서 100%의 다공성 매트릭스 기공 공간을 채우는 유기 액체 내용물에 한정된다.

스몰더링 연소의 점화에는 연소를 개시할 가열원과 연소개시와 유지를 위한 산화제원이 필요하다. 도6은 유기 액체와 다공성 매트릭스(62)의 혼합물을 담고 있는 연소 반응 용기(61)를 설명하고 있다. 산화제는 공기 공급 포트(64)를 통하여 산화제원(63)으로부터 반응용기에 공급된다. 공기 공급 포트는 반응 용기로의 한 개의 구멍으로 이루어지거나 다수 구멍의 다기관이 반응용기 내에 위치하게 이루어지기도 한다. 단독으로 또는 조합으로 사용될 두 개의 다른 열원이 묘사되어 있다. 예를 들어, 가열원(65)은 대류성 열을 혼합물에 공급하기 위하여 공급된 산화제와 일렬로 배열될 수 있다. 대류성 가열원은 또한 반응 용기 내에 또는 반응 용기 벽 내에 위치할 수 있다. 게다가, 내부 가열원(66)은 스몰더링의 점화와 유지를 위한 전도성 또는 복사성 열을 공급하기 위하여 반응 용기 내에 위치할 수 있다. 도6에서 보는 바와 같이 내부 전도성/복사성 가열원은 아래에서 위로의 연소 전면의 전파를 위하여 반응용기의 바닥을 향하여 놓일 수 있다. 추가적인 전도성 열원이 혼합물 내에서 다양한 정도의 연소 개시를 하기 위하여 반응 용기 내벽 전반에 걸쳐 위치할 수 있다.

산화제원은 압력이나 흐름이 조절 또는 미조절 되는 파이프나 튜브를 통한 반응용기와 연결된 공기 압축기일 수 있다. 공기 공급 포트는 관통된 파이프나 열린 공동(공간)의 연속된 또는 하나의 부분으로 산화제를 원하는 양식으로 혼합물의 기반 전반으로 분배하기도 한다. 가열 요소는 전동식 유선 전열기, 전동식 카트리지 전열기, 복사성 튜브 전열기로 프로판이나 다른 외부 연료원이 공급되고 연소되는 것일 수 있다.

공기 공급 포트는 관통된 직접 압박(direct-push) 탄소강, 스테인리스 강 또는 다른 원료 봉, 탄소강, 다른 재료원으로 와이어랩이나 길죽한 구멍이 있는 스크린이 수직이나 거의 수직으로 매트릭스 더미나 라군에 설치되기도 한다. 가열체는 봉 또는 공간에 설치되었거나 위치하거나, 봉이나 공간 주위의 매트릭스 더미에 설치되거나, 또는 봉이나 공간을 통해 매트릭스 더미로 가는 공기를 지면 위에서 가열하는 저항성 전열기나 복사성 전열기일 수 있다.

특정의 실시예에서는, 산화제가 대기 구성 성분으로 공급되는 산소일 수 있다. 이 반응은 조절할 수 있어 가능하여 반응 전면에 산소 공급을 중단 시키면 반응이 중단된다. 반응 전면에 산소 유입을 증가시키거나 감소시키는 것 또한 연소 속도를, 그리고 따라서 반응 전면의 전파 속도도 각각 증가시키거나 감소시킨다.

연소 과정에서 스몰더링 연소를 유지하는 데 필요한 산소, 공기, 또는 다른 산화제의 양을 당업자에게 알려진 방법에 따라 측정할 수 있다. 연소 온도는 처리될 전체 재료 전반에 위치할 수 있는 열전대로 보통 측정된다. 연소 가스는 유기 액체의 질량 파괴 속도와 연소의 효율성을 특징짓기 위하여 반응용기 유출구나 유기 액체와 다공성 매트릭스 재료 혼합물의 표면에서 수거될 수 있다. 그러한 방법은 소각 시스템을 포함한 많은 연소 과정을 측정하는 일반적인 방법이다.

도7에서 설명되 듯, 본 발명의 실시예는 다수의 공기 공급 포트와 발열체와 함께하는 저장소를 이용할 수 있다. 도7a는 저장소가 유기액체와 다공성 매트릭스(711)의 혼합물을 담고 있는 유기 액체 라군일 때의 실시예를 묘사한다. 산화제는 공기 공급 포트(713)와 연결된 산화제원(712)으로부터 유기 액체 라군 또는 매트릭스 더미로 공급될 수 있다. 공기 공급 포트는 충분히 딱딱한 혼합물에 드릴로 뚫은 시추공일 수도 있다. 그 대신에, 공기 공급 포트는 충분히 딱딱하거나 상대적으로 액체인 혼합물에 삽입된 구멍이 뚫린 속빈축일 수도 있다. 공기 공급 포트는 라군 전반에 충분한 양을 충분한 속도로 전달되게 하려고 라군의 전체 크기에 따라 공간이 정해지게 함으로 스몰더링이 라군 전반에서 일어나게 한다. 비슷하게, 한 개 또는 복수의 대류성 가열체가 라군 내에서 스몰더링 연소 개시를 여러 부분에서 할 수 있도록 공급된 산소와 일렬로 배열될 수 있다. 게다가, 또는 그 대신에, 다수의 대류성, 전도성, 또는 복사성 가열체(715)는 시추공 내에 또는 축 또는 다시 메꿔진 물질 내에 위치할 수 있는데 이는 이들을 라군의 내부에 있게 하기 위해서다.

도7b는 저장소가 매트릭스 더미(721)일 때의 실시예이다. 위에서 본 바와 같이, 다수의 공기 공급 포트와 가열체 모두가 사용될 수 있다. 예를 들어, 산화제는 공기 공급 포트(723)와 연결된 산화제원(722)으로부터 유기 매트릭스 더미로 공급될 수 있다. 공기 공급 포트는 충분히 딱딱한 혼합물을 뚫은 시추공이나 충분히 딱딱하거나 상대적으로 액체 혼합물에 삽입된 구멍 난 속빈축일 수 있다. 공기 공급 포트는 산화제의 충분한 양을 충분한 속도로 전달되게 함으로써 더미의 전체 크기에 따라 공간이 정해지게 함으로 스몰더링이 더미 전반에서 일어나게 한다. 비슷하게, 단수 또는 복수의 대류성 가열체(724)가 스몰더링 연소를 매트릭스 더미 안 여러 부분에서 개시될 수 있도록 공급된 공기와 일렬로 배열될 수 있다. 게다가 또는 대신에, 대류성, 전도성, 또는 복사성 가열체(725)는 시추공 내에 또는 축 또는 다시 메꿔진 재료 내에 위치하는데 이는 이들을 매트릭스 더미 내부에 있게 하기 위해서다.

도8은 공기 공급 포트와 가열체와 함께하는 저장소의 부가적 실시예를 설명한다. 도8a에서는, 유기 액체 라군이 유기 액체와 다공성 매트릭스의 혼합물을 담고 있는 것을 보여준다(811). 산화제는 라군 내에 또는 밑에 있는 산소 공급 포트(813)를 통해 산화제원(812)으로부터 유기 액체 라군에 공급된다. 공기 공급 포트는 라군으로의 다수의 입력점을 구성할 수 있거나, 보이는 바와 같이, 다기관의 설치가 라군의 바닥을 향해 놓여있다. 가열체(814)는 공급된 산화제와 일렬로 맞추거나 라군 내에 또는 밑에 놓일 수 있다. 위에서 본 바와 같이, 가열체와 공기 공급 포트의 특별한 위치는 주어진 액체 물질의 필요에 따른 스몰더링 연소를 가능하게 하려고 최적화될 수 있다.

도8b 는 저장소가 매트릭스 더미일 때의 실시예와 일치한다. 도8b에서 매트릭스 더미가 유기 액체와 다공성 더미의 혼합물을 담고 있는 것을 보여준다(821). 산화제가 더미 내에 또는 밑에 있는 공기 공급 포트(823)를 통하여 산화제원(822)으로부터 더미에 공급된다. 라군의 실시예에서 설명된 것처럼, 다수의 주입구와 하나의 다기공 형태의 구조를 포함하는 공기 공급 포트의 여러 배열 형태가 가능하다. 가열체(824)는 대류성 열을 제공하기 위하여 제공된 산화제와 일렬로 배열될 수 있다. 게다가 또는 그 대신으로, 대류성, 전도성, 또는 복사성 열원(825)이 더미 내에 또는 밑에 있을 수 있다. 작은 개별적 대류성, 전도성, 또는 복사성 열원이 더미 내의 다수 장소에 설치될 수 있다.

공기공급 포트는 관통된 직접 압박(direct-push) 탄소강, 스테인리스 강 또는 다른 원료 봉, 탄소강, 다른 재료원으로 와이어랩이나 길죽한 구멍이 있는 스크린이 수평으로 매트릭스 더미나 라군에 설치되기도 한다. 가열체는 봉 또는 공간에 설치되었거나 위치하거나, 봉이나 공간 주위의 매트릭스 더미에 설치되거나, 또는 봉이나 공간을 통해 매트릭스 더미로 가는 공기를 지면 위에서 가열하는 저항성 전열기나 복사성 전열기일 수 있다.

본 발명의 실시예는 연소 전면이 반응용기, 매트릭스 라군 또는 매트릭스 더미를 통하여 번져 나가게끔 설계될 수 있다. 연소 전면은 모든 방향의 위나 옆으로 진행되게 하려고 가열과 공기 흐름 공간 조절을 통하게 하기도 한다..

도9는 유기 액체와 다공성 매트릭스 재료(93)의 혼합물을 통한 연소 전면(92)의 진행(91)을 설명한다. 이러한 실시예에서, 연소 전면의 전파는 공기의 흐름(94)의 방향으로 진행된다. 연소 전면이 다공성 매트릭스를 통하여 진행될 때, 연소 전면의 유기 액체는 연소되고 연소 전면보다 더 앞선 유기 액체는 가열된다. 이 특정한 실시예에서, 유기 액체의 연소는 스몰더링 연소의 결과로 유기 액체가 체적 감소를 일으킨 다공성 매트릭스(95)의 부분만 남긴채 근본적으로 끝을 향해 진행된다.

첨가된 실시예는 유기 액체/다공성 매트릭스 혼합물을 연소 전면에 비례하여 으로 이송할 수 있음을 보여준다. 도10은 첫번 째 컨베이어나 오거 장치(102)가 유기 액체와 다공성 매트릭스 물질 혼합물(103)의 지속 또는 반지속적인 공급을 반정지된 스몰더링 연소 반응 전면(104)으로 옮기는 실시예에 따른 반응 용기(101)를 설명한다. 혼합물 공급은 유기 액체와 다공성 매트릭스 재료의 예비혼합물(103)을 컨베이어 시스템(102)을 이용하여 반응 용기로 옮김으로 유지된다. 스몰더링 연소반응 전면은 산화제(105) 첨가를 통하여 유지된다. 혼합 또는 컨베이어 도구(106)는 혼합물을 반응 용기 전반에 퍼지게 하는데 사용될 수 있다. 비록 나선형 혼합 도구가 그려져 있으나 다른 모양의 도구 (예를 들어 코르크 스크루, 노)도 사용될 수 있다. 혼합 도구는 또한 혼합물 전반으로 산화제를 퍼지게 하는데 사용되기도 한다. 연소 전면에서는 혼합물의 유기 액체가 스몰더링 연소의 결과로 근본적으로 소모되며, 체적 감소(106)가 이루어진다. 처리된 다공성 매트릭스(107)는 지속 또는 반지속방식으로 반응 용기로부터 제거되어 처리된 다공성 매트릭스로서 두 번째 컨베이어 시스템을 따라 이동된다.

추가된 실시예에서는 유기 액체가 자체 연소 가능한 다공성 매트릭스 (예를 들어 나무 조각)과 혼합되기도 한다. 즉, 혼합물 전체가 근본적으로 연소 전면에서 소모되며 비유기성 잔여물 (예를 들어 재)만 남기게 된다. 이러한 실시예에서, 잔여물은 도10에서 보여준 것과 같이 컨베이어나 오거 장비로 제거된다.

어떠한 실시예에서는 고정된 또는 반영구적인 다공성 매트릭스가 사용될 수도 있다. 유기 액체와 다공성 매트릭스 자체를 혼합하기보다는 이 실시예는 유기 액체가 고정된 또는 반영구적인 매트릭스 층에 스며들게 한다. 그러나, 반영구적 매트릭스를 이용하는 특정한 실시예에서는 삼투 과정이 혼합용 도구의 도움으로 이루어지기도 한다.

도11은 고정된 또는 반영구적인 다공성 매트릭스를 이용한 특정한 실시예를 설명한다. 반응 용기(111)가 지속 또는 반지속적 유기 액체의 공급이 가해지는(그림 생략) 고정된 또는 반영구적인 다공성 매트릭스(112) 층과 함께 보이고 있다. 혼합물이 형성된 후, 스몰더링 연소 반응 전면(113)에서 스몰더링이 개시될 수 있다. 스몰더링은 외부에 설치된 대류성, 전도성, 또는 복사성 가열체들, 또는, 스몰더링이 개시될 부분에 가까운 반응 용기 위나 안에서 개시될 수 있다. 스몰더링은 공기 공급 포트(115)를 통한 산화제의 첨가(114)를 통하여 유지된다. 연소 전면은 공기 흐름 방향으로 영구 또는 반영구적 다공성 매트릭스와 유기 액체의 혼합을 통하여 진행된다. 연소반응 전면의 위치(124)는 산화제 첨가 속도(123), 유기 액체 첨가 속도와 유기 액체 혼합물, 다공성 매트릭스 물질, 조종 변수(예, 공기 흐름 속도)에 따라 결정된다. 연소 전면이 진행됨에 따라 유기 액체의 체적도 감소한다. 연소 전면 아래에 처리된 다공성 매트릭스가 있다(116).

도12는 본 발명 실시예의 순서도이다. 첫째, 다공성 매트릭스가 유기 액체(131)와 혼합된다. 상기 설명된 바와 같이 특정한 매트릭스/액체 혼합과 비율은 특정 유형의 스몰더링 연소를 용이하게 하기 위하여 결정된다. 다음으로 산화제가 혼합물(132)로 주입된다. 산화제가 있으므로 스몰더링 연소를 개시하고 유지하게 된다(133). 상기 설명된 바와 같이 산화제의 양, 흐름의 속도, 그리고 추가적 요소들(예, 점화 전에 첨가되는 보충 연료)이 연소가 스몰더링 상태에서 유지되게 만들고 특정한 혼합물의 연소를 최적화하는데 이용되도록 하기도 한다.

실시예1

액체 유성 물질(석유와 가스 정유 폐기물) 처리를 위한 스몰더링 연소 시험이 지름 138밀리미터(mm)와 높이 275mm인 석영 유리관 안에서 수행되었다. 오염된 물질을 준비하기 위하여 유성 물질은 시판되는 건조 포장 시 총괄 밀도가 입방 미터당 1600kg, 중간 알갱이 크기가 0.88mm, 평균 다공성이 37%인 규사 (#12ST 실리카 샌드, 벨 앤드 맥켄지 주식회사, 해밀턴, 캐나다) 1 kg당 기름 259g의 질량비로 혼합하였다. 혼합물은 두께 11cm로 장비 안에 채워 넣기 전에 기계적 혼합으로 균질화되었다. 혼합물은 공기 압축기fh 제공된 공기 확산기와 인코넬로 싸인 유선 전열기(블루워터 히터 주식회사, 캐나다)에 의하여 놓여졌다. 11개의 인코넬로 싸인 Type K 열전대가 관의 중앙축을 따라 모래 팩에 삽입되고 장비 내의 온도를 탐지하기 위하여 유선 전열기 위 10mm 간격으로 배열되니, 이것으로 혼합물을 통하여 번져 나갈 때의 연소 전면의 위치를 알 수 있다. 열전대는 정보획득 시스템(멀티기능 스위치/메져 유닛 34980A, 애질런트 테크놀로지)과 연결되어 있다.

실험이 시작되었을 때, 혼합물은 전류를 유선 전열선에 가하면서 가열되었고 공기 흐름은 공기 확산기를 통하여 5.0cm의 선속(Darcy)으로 유선 전열기 위 2cm에서 한계 온도 섭씨 280도가 초과 될 때 까지 개시되었다. 이 방법의 가열은 결합한 대류성 전도성 열원을 의태 한다. 그 다음에, 공기 주입을 증가시키고 시험이 끝날 때까지 초당 9.0cm의 선속을 유지하였다. 유선 전열기는 유선 전열기 위 1cm에서의 온도가 시간에 따라(즉 정점 이후) 같이 내려가기 시작했는데, 공기 선속이 초당 5.0cm에서 9.0cm로 증가한 후 약 9분 정도에 전원이 꺼졌다. 실험은 유선 전열기 위 11cm (즉 혼합물 맨 위)에서의 온도가 시간(즉 정점 이후)과 함께 내려가기 시작했는데, 공기 선속이 초당 5.0cm에서 9.0cm로 증가한 후 약 23분 정도에 종료되었다. 유선 전열기에 사용된 최대 출력은 390와트(W)였다

이 실험의 특성 연구가 설치된 혼합물 내에 위치한 열전대와 기름/모래 혼합물 시료와 가스체의 배기 시료 분석으로 수행되었다. 선처리된 화합물의 균질화된 회분으로부터 180 밀리리터(ml)의 토양 시료를 채취하였고, 또 다른 토양 시료를 처리된 모래의 균질화된 회분으로부터 채취하여 맥삼 어넬러틱스(런던, 온타리오)로 보내 다음과 같은 분석이 이루어졌다: 1) 토양 내 석유 탄화수소 F1과 BTEX (CCME CWS 방법); 2) 토양 내 석유 탄화수소 F2-F4 (CCME CWS 방법); 3) F4G (CCME 탄화수소 중량 측정); 그리고 4) GC/MS에 의한 (EPA8270 방법) 토양 내 다중방향성 탄화수소(PAH) 복합체. 대표적인 가스체의 배기 시료를 과정 전반에 걸친 집약된 시료를 채취하기 위하여 실험 기간 동안 일정하게 장비 상체로부터 채취해냈다. 건조 가스 시료가 5리터들이 테들라 백에 채집되는 동안 수분과 응축된 복합체는 가스 흐름으로부터 제거되어 응축 포집기에서 채취되었다. 건조 가스와 응축 가스 모두 맥삼 어넬러틱스(런던, 온타리오)로 보내져 다음과 같은 분석이 이루어졌다: 1)GC/TCD에 의한 일산화탄소와 이산화탄소 (EPA 3C 방법); 2)BTEX 와 기화 상태의 유기 복합체(VOCs) (EPA TO-15A 방법); 3) 그리고 응축물 내의 BTEX와 VOCs (EPA8260 방법).

상기 설명된 점화 방법 (개시된 공기의 흐름이 공기 확산기의 선속 초당 5.0cm와 같이 전류를 유선 전열기에 가한 후 공기 흐름을 선속 초당 9.0cm 올리고 가열원을 끊음)은 혼합물의 자체 유지 스몰더링 연소의 결과를 만들었다.자체 연소 스몰더링의 습성이 온도-시간 그래프인 도13에서 보이고 있다. 자체 연소 습성은 한 지점으로부터 감소하는 온도-시간 관계가 인접한 지점의 증가하는 온도-시간 관계와 교차할 때 발생한다고 알려졌다. 온도의 교차는 반응이 연소 반응을 보급할 (이 경우 상향으로) 초과량의 에너지를 발생시킨다는 것을 나타낸다. 정점 온도(최고 온도)는 유선 전열기가 꺼진 후의 시간을 포함한 실험 기간 중 약 480도에서 520도의 혼합물 범위에서 전열대에 의하여 측정되었다. 혼합물 내의 각 전대열의 정점 온도에 이른 시간 분석에 의하면 스몰더링 연소의 보급 속도는 약 분당 0.63cm (시간당 1.26피트)로 나타났다.

도14는 처리 전 기름/모래의 F1과 BTEX 범위, F2-F4 범위, 그리고 PAH 복합체 안의 석유 탄화수소 농도를 나타내는 표이다. 기름/모래 혼합물의 선시험 수분 함량은 12%이고 중량 측정기에 의한 기름 농도는 259,000mg/kg이었다. 이는 건조 중량 기름 농도 139,000mg/kg에 해당한다. F1-F4 부분의 합계는 약 76,500mg/kg이다. 또한 도14는 처리 후 토양 내 F1과 BTEX, F2-F4, 그리고 PAH 부분의 분석을 나타낸다. 처리 후의 시료에 대해서는 모든 분석된 복합체가 분석 기기상에서 최소 측정 한도 보다 낮게 감지되었는데 이는 곧, 조사된 성분(측정 불가가 완전 부재에 해당한다고 가정하였을 때)에 대해서 유기 액체 체적의 100% 감소를 나타낸다. 제거된 기름은 처리 전과 처리 후의 사진을 보여주는 도15에서 볼 수 있다.

시험 중에 측정된 일산화탄소와 이산화탄소(연소 가스)의 농도는 각각 측정 불가와 0.4%이다. 증기 상태에서 1 체적 백만분율(ppmv) 이상 측정된 휘발성 복합체는; 이황화탄소, 프로펜, 클로로메탄, 2-프로파논, 헵탄, 그리고 벤젠이다. 증기 상태에서 1백만분율(ppm) 이상 응축물에서 측정된 휘발성 복합체는 벤젠, 클로로벤젠, 에틸벤젠, 옥실렌, 파라+메타-크실렌 그리고 톨루엔이다.

여러번의 반복된 실험에서 도13에 설명된 결과와 비슷한 결과가 얻어졌다. 순수 전도성 (점화전 공기 흐름이 없음) 가열 절차 또는 순수 대류 (유선 전열기와 혼합물의 접촉이 없음)가열 절차를 포함한 점화 프로토콜의 수정 또한 도13과 비슷한 결과를 냈다.

상기 실험 자료는 현 발명의 방법이 유기 액체의 체적 감소를 위한 실행 가능한 처리 기술임을 확실히 입증한다.

앞선 기술에 대한 본 발명의 본질과 범위에서 벗어남이 없는 다양한 수정을 할 수 있다. 예를 들어, 상기 실험에서는 연소 전면의 확산이 상향 수직 방향임을 보여 주었으나 혼합물 내에서 점화 지점과 공기 흐름 방향을 충분히 조종한다면 확산이 수평으로 진행되거나 다른 방향으로도 진행될 수 있다.

상기 설명된 본 발명의 실시예는 단지 대표적일 뿐이며 따라서 당업자라면 수많은 변형과 수정을 할 수 있는 것이 명백하다. 모든 그러한 변형과 수정은 첨부된 청구항에서 정의되듯 본 발명의 안의 범위에 있음을 의미한다.

Claims

유기 액체의 체적 감소를 위한 방법으로서,
혼합물을 생성하기 위하여 유기 액체를 다공성 매트릭스 물질과 섞고;
혼합물의 한 부분을 가열하고;
산화제를 혼합물에 가하며; 그리고
혼합물에 가한 열원을 종료시키는 것을 포함하고;
상기 혼합물을 생성하기 위하여 유기 액체를 다공성 매트릭스 물질과 섞는 것이, 유기 액체와 다공성 물질을 용기 속으로 회분식 주입하거나; 다공성 매트릭스 물질을 포함하는 영구 또는 반영구적 제한층을 형성하고, 상기 제한층에 지속해서 유기 액체를 붓거나; 또는 유기 액체를 포함하는 제한층을 형성하고, 상기 제한층에 지속해서 다공성 매트릭스 물질을 붓는 것을 포함하고;
이로써, 유기 액체의 체적 감소를 유발하기 위한 혼합물의 자체 유지 스몰더링 연소를 개시하게 하는, 유기 액체의 체적 감소를 위한 방법.
제1항에 있어서, 연소의 점화 지점으로부터 연소가 퍼지게 유발하는 것을 더 포함하는 유기 액체의 체적 감소를 위한 방법.
제1항에 있어서, 유기 액체를 반응 용기에 응집시키는 것을 더 포함하는 유기 액체의 체적 감소를 위한 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서, 다공성 매트릭스 물질을 포함하는 더미에 유기 액체를 응집시키는 것을 더 포함하는 유기 액체의 체적 감소를 위한 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서, 유기 액체 라군에 다공성 매트릭스 물질을 응집시키는 것을 더 포함하는 유기 액체의 체적 감소를 위한 방법.
제1항에 있어서, 스몰더링 연소 지점에 혼합물을 지속해서 주입하는 것을 더 포함하는 유기 액체의 체적 감소를 위한 방법.
삭제
제1항에 있어서, 혼합물을 생성하기 위한 다공성 매트릭스 물질과 액체를 섞는데 혼합 도구를 사용하는 것을 더 포함하는 유기 액체의 체적 감소를 위한 방법.
제8항에 있어서, 혼합 도구가 회전 나선형 날을 포함하는 유기 액체의 체적 감소를 위한 방법.
삭제
삭제
제1항 또는 제2항에 있어서, 유기 액체를 자연적 또는 인위적인 지면에 응집하는 것을 더 포함하는 유기 액체의 체적 감소를 위한 방법.
제1항에 있어서, 산화제를 혼합물에 가하는 것은, 혼합물에 주입 포트를 통하여 공기를 주입하는 것을 포함하는 유기 액체의 체적 감소를 위한 방법.
제1항에 있어서, 스몰더링 연소의 개시가 혼합물과 직접 접촉하는 내부 전도성 가열원으로부터의 열을 혼합물에 가하는 것을 포함하는 유기 액체의 체적 감소를 위한 방법.
제1항에 있어서, 스몰더링 연소의 개시가 혼합물과 연결된 대류성 가열원으로부터의 열을 혼합물에 가하는 것을 포함하는 유기 액체의 체적 감소를 위한 방법.
제15항에 있어서, 대류성 가열원이 혼합물 외부에 있는 유기 액체의 체적 감소를 위한 방법.
제15항에 있어서, 대류성 가열원이 혼합물 내에 위치하는 유기 액체의 체적 감소를 위한 방법.
제1항에 있어서, 스몰더링 연소의 개시가 복사성 열을 혼합물에 가하는 것을 포함하는 유기 액체의 체적 감소를 위한 방법.
제13항에 있어서, 산화제를 혼합물에 가하는 것은, 복수의 주입 포트를 통하여 혼합물에 공기를 주입하는 것을 포함하는 유기 액체의 체적 감소를 위한 방법.
제13항에 있어서, 산화제를 혼합물에 가하는 것은, 진공상태를 만들어 산화제를 혼합물에 흡입하게 하는 것을 포함하는 유기 액체의 체적 감소를 위한 방법.
제1항에 있어서, 스몰더링 연소의 개시가 복수의 가열원 중 적어도 하나의 가열원으로부터의 열을 혼합물에 가하는 것을 포함하는 유기 액체의 체적 감소를 위한 방법.
제21항에 있어서, 복수의 가열원 중 적어도 하나의 가열원이 혼합물 외부의 대류성 가열원인 것인 유기 액체의 체적 감소를 위한 방법.
제21항에 있어서, 복수의 가열원 중 적어도 하나의 가열원이 혼합물 안에 위치한 대류성 가열원인 것인 유기 액체의 체적 감소를 위한 방법.
제21항에 있어서, 복수의 가열원 중 적어도 하나의 가열원이 혼합물과 직접 접촉을 하는 내부 전도성 가열원인 것인 유기 액체의 체적 감소를 위한 방법.
제21항에 있어서, 복수의 가열원 중 적어도 하나의 가열원이 혼합물에 복사성 열을 가하는 것인 유기 액체의 체적 감소를 위한 방법.
제8항에 있어서, 혼합물 생성을 위하여 다공성 매트릭스 물질을 액체와 나선형 혼합 도구를 사용하여 섞고;
그 혼합물을 첫 번째 컨베이어 시스템을 통하여 스몰더링 연소 지점에 공급하며; 그리고
연소한 산물을 두 번째 컨베이어 시스템을 통하여 제거하는 것을 더 포함하는 유기 액체의 체적 감소를 위한 방법.
제1항에 있어서, 지면 위에 유기 액체를 응집시키는 것을 더 포함하는 유기 액체의 체적 감소를 위한 방법.
제1항에 있어서, 지면 아래에서 유기 액체를 응집시키는 것을 더 포함하는 유기 액체의 체적 감소를 위한 방법.
제8항에 있어서, 유기 액체를 자연적 또는 인공적인 지면에서 응집시키는 것을 더 포함하는 유기 액체의 체적 감소를 위한 방법.
제1항에 있어서, 다공성 매트릭스 물질이 모래, 토양, 유사, 양토, 다짐토, 조약돌, 자갈, 쇄석, 유리, 세라믹, 비석, 나뭇조각, 숯, 석탄, 드릴 절설물 및 이들의 조합물을 포함하는 군으로부터 선택되는 유기 액체의 체적 감소를 위한 방법.
제1항에 있어서, 스몰더링 연소를 섭씨 200도와 2,000도 온도 범위 사이에서 수행하는 것을 더 포함하는 유기 액체의 체적 감소를 위한 방법.
제1항에 있어서, 공기를 혼합물에 초당 0.0001과 100cm 사이의 선속도에서 가하는 것을 더 포함하는 유기 액체의 체적 감소를 위한 방법.
제1항에 있어서, 연소 전에 연료 첨가제를 다공성 매트릭스 물질과 액체에 섞는 것을 더 포함하는 유기 액체의 체적 감소를 위한 방법.
제1항에 있어서, 유기 액체가 액체인 것인 유기 액체의 체적 감소를 위한 방법.
제1항에 있어서, 유기 액체가 슬러지인 것인 유기 액체의 체적 감소를 위한 방법.
제1항에 있어서, 유기 액체가 중금속을 포함하고, 중금속의 일부 또는 전부가 혼합물로부터 제거될 때까지 자체 유지 스몰더링 연소를 유지하는 단계를 더 포함하는 유기 액체의 체적 감소를 위한 방법.
제1항에 있어서, 다공성 매트릭스 물질이 중금속을 함유하고, 중금속의 일부 또는 전부가 혼합물로부터 제거될 때까지 자체 유지 스몰더링 연소를 유지하는 단계를 더 포함하는 유기 액체의 체적 감소를 위한 방법.
제36항에 있어서, 중금속이 수은인 것인 유기 액체의 체적 감소를 위한 방법.
제37항에 있어서, 중금속이 수은인 것인 유기 액체의 체적 감소를 위한 방법.
제1항에 있어서, 유기 액체가 석면을 포함하고, 스몰더링 열에 노출됨으로써 석면의 일부 또는 전부가 덜 유독하게 되거나 무독할 때까지 자체 유지 스몰더링 연소를 유지하는 단계를 더 포함하는 유기 액체의 체적 감소를 위한 방법.
제1항에 있어서, 다공성 매트릭스 물질이 석면을 함유하고, 스몰더링 열에 노출됨으로써 석면의 일부 또는 전부가 덜 유독하게 되거나 무독할 때까지 자체 유지 스몰더링 연소를 유지하는 단계를 더 포함하는 유기 액체의 체적 감소를 위한 방법.
제1항에 있어서, 다공성 매트릭스 물질이 수분을 함유하는 토양이고, 수분의 일부 또는 전부가 토양으로부터 제거될 때까지 자체 유지 스몰더링 연소를 유지하는 단계를 더 포함하는 유기 액체의 체적 감소를 위한 방법.
유기 액체의 체적 감소를 위한 방법에 있어서,
응집체를 형성하기 위하여 유기 액체를 반응 용기, 매트릭스 더미, 또는 라군에 모으고;
식물성 기름, 타르, 화학 산화제, 굴착 이수 그리고 석유 탄화수소를 포함하는 군으로부터 선택된 보충 연료를 응집체에 첨가하고;
모래, 토양, 유사, 양토, 다짐토, 조약돌, 자갈, 쇄석, 유리, 세라믹, 비석, 나뭇조각, 숯, 석탄, 드릴 절설물 및 이들의 조합물을 포함하는 군으로부터 선택된 다공성 매트릭스 물질을 액체와 섞어 혼합물을 생성하고, 이 때 상기 혼합물은 자체 유지 스몰더링 연소를 가능케 할 정도로 충분히 균질하고;
혼합물의 한 부분을 적어도 하나의 전도, 대류 또는 복사 전열기로 가열하고;
적어도 하나의 공기 공급 포트로부터 산화제를 혼합물에 가하며;
혼합물에 가해진 가열원을 중단시키고; 그리고
적어도 하나의 공기 공급 포트로부터 공기를 혼합물에 가하는 것을 포함하고;
상기 혼합물을 생성하기 위하여 유기 액체를 다공성 매트릭스 물질과 섞는 것이, 유기 액체와 다공성 물질을 용기 속으로 회분식 주입하거나; 다공성 매트릭스 물질을 포함하는 영구 또는 반영구적 제한층을 형성하고, 상기 제한층에 지속해서 유기 액체를 붓거나; 또는 유기 액체를 포함하는 제한층을 형성하고, 상기 제한층에 지속해서 다공성 매트릭스 물질을 붓는 것을 포함하고;
이로써, 유기 액체의 체적 감소를 유발하기 위하여 혼합물의 자체 유지 스몰더링 연소를 개시하게 하는, 유기 액체의 체적 감소를 위한 방법.