TW201502441A - 蒸氣去吸附製程的流體處理方法 - Google Patents

Abstract

處理一熱去吸附腔室的一立即排氣可改良該處理程序的安全性，例如當處理高汙染土壤時，可減少可能的爆炸或易燃。離開一熱去吸附腔室之該排放氣體的平均自由路徑係受到限制，以限制火焰傳播與爆炸前端。例如，該氣體排氣導管的一部分可充填有多孔的媒介，多孔的媒介可協助減少或消除導管中可能的爆炸危險。可監測並控制可燃元素的溫度與濃度，以防止爆炸危險。隔離閥與壓力釋放煙囪也可耦接於該熱去吸附腔室的該排氣。

Description

蒸氣去吸附製程的流體處理方法 【相關申請案】

本申請案主張美國先行專利申請案序號第61/817,308號的優先權，其申請於2013年4月29日，標題為「Flow treatments in evaporative desorption processes」；在此以引用之方式將其併入。

本案為一種蒸氣去吸附製程的流體處理方法，尤指一種蒸氣去吸附製程的流體處理方法。

使用石油碳氫化合物作為燃料源在社會中係普遍存在的。因此，大量處理與儲存石油碳氫化合物產物。處理與儲存石油碳氫化合物的一個相關風險係在處理期間可能溢出或在儲存期間可能洩漏。因為石油碳氫化合物的溢出與洩漏相關的負面環境影響，已經在地方、州與聯邦的層級建立了法規。這些法規主要著重在防止石油碳氫化合物釋放至環境的發生。這些法規也具有防備，要求責任當局整治至環境的石油碳氫化合物釋放。

在從土壤整治石油碳氫化合物的領域中，有兩個基本方法：施加處理技術至在適當位置的土壤(原位)，或者施加處理技術至挖掘的土壤(非原位)。每一方法各有優缺點，且根據每一石油碳氫化合物釋放的特定位置環境來選擇該方法。

非原位的熱去吸附技術可包含在加熱處理期間涉及土壤的機械攪動之技術，其涉及機械攪動且操作在連續的處理中，其中土壤連續地被引入該處理，且被機械地移動通過該處理設備，直到處理完成，且之後連續地被排放至容器，用於丟棄或重新使用。

或者，土壤可用靜態的配置來處理，其中給定數量的土壤被引入處理腔室。土壤的配置可包含堆狀配置與容器配置。

最近，所有先前技術的處理都使用礦物燃料的燃燒作為熱源。這會有不希望的後果：形成不完全燃燒的產物、氮的氧化、以及成為副產物的其他溫室氣體。若未維持嚴格控管該燃燒處理，燃燒也有可能加入未燃的碳氫化合物至該處理排放氣體。

需要非原位的靜態處理，它在處理程序上係人力、時間與能量上有效率的，且對環境友善的。

熱去吸附處理可用於以靜態的配置來處理受汙染土壤，這本質上是安全的，例如因為不存在開放的火焰加熱。

在某些實施例中，提供系統與方法來處理熱去吸附腔室的立即排氣，例如以改良該處理程序的安全性，例如當處理高汙染土壤時，可 減少可能的爆炸或易燃。

在某些實施例中，提供系統與方法來監測該熱去吸附腔室的 該排氣的溫度。若此溫度低於土壤中的該等汙染物的一自燃溫度，則可減少或防止爆炸危險。在某些實施例中，此溫度可用於控制輸入至該熱去吸附腔室的熱能，例如以調節一加熱器，該加熱器加熱該處理氣體，以將該排氣溫度限制成低於該自燃溫度。該等汙染物可包含不同種類的碳氫化合物，具有不同的自燃溫度，所以可使用500F(260C)或400F(204C)的合理的上界溫度，以限制該排放氣體的溫度。

在某些實施例中，提供系統與方法來監測該熱去吸附腔室的 該排放氣體的一碳氫化合物濃度。若此濃度超出該碳氫化合物的該可燃範圍，則可減少或防止爆炸危險。在某些實施例中，此濃度可用於控制該處理氣體至該熱去吸附腔室的一輸入流率，例如以調節(例如，藉由增加或減少)該處理氣體，以限制該排氣濃度至超出該可燃範圍。該等汙染物可包含不同種類的碳氫化合物，具有不同的可燃範圍，所以可使用5vol%與15-30vol%之間(例如，5vol%與25vol%之間或5vol%與20vol%之間)的合理範圍。

在某些實施例中，提供系統與方法來導引火焰傳播與爆炸前 端至一釋放煙囪，以防止對財產與個人的損傷。隔離閥與壓力釋放煙囪可耦接於該熱去吸附腔室的該排氣。該隔離閥可配置來感測火焰傳播與爆炸前端，且可被關閉。壓力釋放閥可打開，以導引該火焰傳播與爆炸前端至一安全的排氣裝置。

在某些實施例中，提供系統與方法來冷卻該熱去吸附腔室的 該排放氣體，例如至低於該排放氣體中的該等汙染物的一自燃溫度之溫度。該排放氣體在離開該熱去吸附腔室時可在1000F(538C)的範圍。在允許排放氣體處理(例如，用以恢復該等碳氫化合物汙染物的熱交換器)之前，該排放氣體可冷卻至低於500F(260C)或400F(204C)的溫度。

可使用一冷卻護套(例如，使用循環的冷卻劑來調節該溫度)，以降低離開該熱去吸附腔室的該排放氣體的溫度。替代地，或額外地，可提供冷卻氣體(例如，來自周遭環境的新鮮空氣)至該排放氣體流。可使冷卻液體(例如，室溫的水)成霧狀(例如，微滴噴灑)於該排氣流中。也可使用低溫液體來降低該排放氣體流內的溫度。

在某些實施例中，提供系統與方法來限制離開該熱去吸附腔室之該排放氣體的該平均自由路徑，例如以限制火焰傳播與爆炸前端。來自該熱去吸附腔室的該氣體排氣導管的一部分可充填有多孔的媒介，多孔的媒介可協助減少或消除導管中可能的爆炸危險。該導管與多孔的媒介之尺寸可設計成從該熱去吸附腔室提供該處理部之該排放氣體的適當的流體傳導。

110‧‧‧處理腔室

120‧‧‧土壤箱

125‧‧‧受汙染土壤

127‧‧‧氣體離開路徑

130‧‧‧處理氣體

140‧‧‧排氣

150‧‧‧復原組件

160‧‧‧流體

170‧‧‧排出

210‧‧‧處理腔室

220‧‧‧土壤箱

225‧‧‧土壤

230‧‧‧處理氣體

240‧‧‧排氣管線

250‧‧‧熱電偶

255‧‧‧回授

270‧‧‧氣體離開路徑

280‧‧‧流動

290‧‧‧加熱器/風箱組件

410‧‧‧處理腔室

420‧‧‧土壤箱

425‧‧‧土壤

430‧‧‧處理氣體

440‧‧‧排氣管線

450‧‧‧雷射

452‧‧‧強度測量裝置

455‧‧‧回授

470‧‧‧氣體離開路徑

480‧‧‧流動

490‧‧‧加熱器/風箱組件

610‧‧‧處理腔室

620‧‧‧土壤箱

630‧‧‧處理氣體

640‧‧‧排氣管線

650‧‧‧隔離閥

650A‧‧‧打開位置

650B‧‧‧關閉位置

655A‧‧‧流動

660‧‧‧壓力釋放閥

660A‧‧‧關閉位置

660B‧‧‧打開位置

665B‧‧‧流動

670‧‧‧氣體離開路徑

680‧‧‧熱交換器

740‧‧‧排氣管線

750‧‧‧隔離閥

751‧‧‧彈簧

752‧‧‧副翼

753‧‧‧流動

755‧‧‧隔離閥

756‧‧‧彈簧

757‧‧‧球

758‧‧‧流動

760‧‧‧壓力釋放閥

761‧‧‧彈簧

762‧‧‧副翼

763‧‧‧爆炸

765‧‧‧壓力釋放閥

766‧‧‧彈簧

767‧‧‧球

768‧‧‧爆炸

780‧‧‧下游管線

790‧‧‧路徑

910‧‧‧處理腔室

920‧‧‧土壤箱

930‧‧‧處理氣體

940‧‧‧排氣管線

942‧‧‧散熱蓋

944‧‧‧噴嘴

950‧‧‧隔離閥

960‧‧‧壓力釋放閥

970‧‧‧氣體離開路徑

980‧‧‧熱交換器入口

990‧‧‧路徑

1110‧‧‧熱去吸附腔室

1140‧‧‧排氣管線

1142‧‧‧散熱蓋

1144‧‧‧噴嘴

1145‧‧‧噴嘴

1147‧‧‧熱交換器

1148‧‧‧排氣

1149‧‧‧下游部分

1150‧‧‧隔離閥

1170‧‧‧管線部

1180‧‧‧熱交換器入口

1190‧‧‧路徑

第1圖根據某些實施例，例示示意的蒸發去吸附系統。

第2圖根據某些實施例，例示熱去吸附腔室。

第3A-3C圖根據某些實施例，例示用於熱去吸附處理的流程圖。

第4圖根據某些實施例，例示熱去吸附腔室。

第5A-5C圖根據某些實施例，例示用於熱去吸附處理的流程圖。

第6A-6C圖根據某些實施例，例示用於熱去吸附處理的下游排氣。

第7A-7D圖根據某些實施例，例示用於熱去吸附處理的下游排氣的不同配置。

第8A-8B圖根據某些實施例，例示用於操作隔離閥與釋放閥的流程圖。

第9圖根據某些實施例，例示排氣管線的配置。

第10A-10B圖根據某些實施例，例示用於操作隔離閥與釋放閥的流程圖。

第11A-11B圖根據某些實施例，例示排氣管線的配置。

在某些實施例中，本發明係關於一種處理與設備，用於將來自受汙染泥土的揮發性汙染物非燃燒式地熱去吸附。該泥土可包含焦油沙、油沙、油葉岩、瀝青、池塘沈澱物、與水槽底部沈澱物。汙染物的濃度可為低濃度(例如，小於大約3%)或高濃度(例如，大於大約3%)。該處理可提供汙染物的裂解，及/或回收利用可冷凝的汙染物，然後氧化與處理不可冷凝的回收流出物，其可回收使用作為熱去吸附處理氣體。

來自低濃度受汙染泥土的揮發性汙染物之非燃燒式地熱去吸附係敘述在美國專利第6,829,844號(Brady等人)中，其內容在此以引用之方式將其全部併入。熱去吸附可從多孔的媒介移除有機汙染，多孔的媒介例如是土壤、岩石、黏土或具有低有機汙染的其他多孔的媒介(例如，低於3%的有機汙染)，其中脫水電性加熱的大氣空氣係使用作為主要的處理氣 體。高有機汙染(例如，大於3%)可使用惰性或低氧(<9vol%的氧)處理氣體來最小化或防止爆炸，代價是較長的處理時間以及較大容量的下游空氣處理與處置設備。

在某些實施例中，所揭示的係用於處理受汙染土壤的系統與 方法，實際上以高生產量處理所有程度的有機汙染，而不需要低氧含量的處理氣體。可實現處理腔室與下游處理設備之間的處理蒸汽的安全輸送，以減少爆炸危險。

例如，發生在土壤床內的氧化反應可在大多數的處理循環中 消耗處理氣體內的大多數(若非全部)氧。因此，處理腔室本質上是安全的，甚至有使用高氧濃度的處理氣體(例如具有21%氧濃度的大氣空氣)，以加速處理時間且減少下游的蒸汽處理設備。

在某些實施例中，所揭示的系統與方法係用於在處理循環的 終端時(例如，在處理氣體離開土壤箱之後)提供安全的輸送，因為土壤床內的碳氫化合物濃度顯著減少，且碳氫化合物氧化中未消耗的氧可能產生碳氫化合物蒸汽與氧的爆炸性混合。

在某些實施例中，當離開處理腔室時，處理氣體的溫度可受 調節，以減少或消除自燃的潛在危險。替代地，就相鄰於處理腔室的導管部分(其會經歷高的溫度)可為防爆炸的，例如具有隔離與壓力釋放煙囪、冷卻組件(將排放氣體的溫度降至低於自燃溫度)，且提供多孔的流體環境來限制火焰傳播或爆炸前端。

在某些實施例中，本發明(蒸發去吸附及/或回收利用處理) 可成本上有效地建構成任何規格，且間接式轉爐的每小時生產率可超過10 噸。該方法可在處理腔室中使用非燃燒式的熱，且仰賴於熱空氣移動通過固定體積的多孔媒介。該方法可提供土壤/多孔媒介的均勻加熱，而不需混合機構來用於該處理所需的多孔媒介。該處理可提供有效率的熱轉移至土壤/多孔媒介，且可提供輔助的熱透過氧化反應來加熱土壤/多孔媒介，該氧化反應發生在土壤/多孔媒介內，例如透過發生在原油汙染的土壤內的碳氫化合物裂解。另外，該處理可回收利用其加熱的處理氣體供應、最小化處理所需的能量。

在某些實施例中，本發明係關於一種處理與設備，用於使用 非燃燒式加熱的新鮮處理氣體(例如，空氣)來處理土壤與岩石，以從土壤與岩石的混合物熱去吸附汙染，該等土壤與岩石已經被挖掘並放置於導熱的處理容器中，該處理容器之後放置於隔熱的處理腔室中。該氣體可被脫水，例如，具有低溼度位準，例如低於40、30、20、10或甚至低於5%的相對溼度。新鮮、熱的、脫水的空氣係汲取通過該土壤處理容器、被冷卻、且釋放；或在釋放至大氣之前，被排放至處理系統，如同所要求或需要的。

在某些實施例中，提供熱去吸附技術應用至受汙染土壤的靜 態配置，其使用容器配置。藉由透過蒸發去吸附處理來移除土壤內的汙染，熱去吸附技術可使土壤恢復至其未受汙染狀態。為了提供有效率的復原處理，可使用不同的溫度設定來處理不同的受汙染土壤，且因此可測試受汙染土壤的樣本，以決定合適的處理狀況。

藉由在導熱的土壤箱中處理該土壤，用於來自挖掘的土壤的 碳氫化合物汙染物的熱去吸附之處理程序提供有效率的汙染物移除，導熱的土壤箱係容納於用於處理之隔熱的處理腔室中。利用乾熱的空氣來處理 該土壤，以移除汙染物，且去汙染的土壤可回送至土地。

在某些實施例中，提供系統與方法，以提供來自挖掘的土壤 的高濃度碳氫化合物汙染物的熱去吸附，該土壤例如為焦油沙、油沙、油葉岩、瀝青、池塘沈澱物、與水槽底部沈澱物。藉由處理配置於隔熱的處理腔室內的導熱的土壤箱中的土壤，該系統可提供有效率的汙染物移除。 在此腔室中利用乾熱的處理氣體來處理該土壤。該等汙染可從土壤箱被回收利用。一部分的汙染(例如，不可冷凝的碳氫化合物汙染)可用於流出物調節，例如以維持土壤箱中的所欲的處理氣體的溫度。

已經挖掘的受汙染泥土(土壤與岩石或其他土質材料)係放 置於導熱的土壤箱中，導熱的土壤箱之後放置於絕熱的處理腔室中。已加熱的處理氣體可引入土壤箱，且流經土壤箱與受汙染泥土。熱氣抽出物(例如，含有汙染的處理氣體)可從處理腔室排出。該處理持續，直到汙染完全從土壤移除，例如，低於所欲的汙染位準。

在某些實施例中，汙染可從熱氣抽出物被回收利用，例如， 透過熱交換器，以冷卻且分離可冷凝的汙染。剩餘的熱氣抽出物可在燃燒或電性加熱的熱氧化器中被處理，例如，以移除不可冷凝的汙染。來自熱氧化器的輸出可部分回收至處理腔室作為處理氣體，或維持處理腔室的溫度。

土壤箱可具有側部來容納受汙染土壤。例如，土壤箱可為頂部開放的矩形立方體、棱柱、或圓柱體。土壤箱也可具有氣體離開路徑在受汙染土壤內，使得受汙染土壤中的氣體流動至氣體離開路徑。

處理腔室可具有開孔(所以土壤箱可插入或移除)、氣體入 口(用以接收乾熱的氣體，乾熱的氣體可導引至土壤箱)、與氣體出口(配置來配接於土壤箱的氣體離開路徑，所以受汙染土壤中的氣體可離開處理腔室)。

可設置加熱器與乾燥機組件，使得要進入處理腔室的處理氣 體在進入處理腔室時被乾燥與加熱。可設置風箱組件，以導引來自土壤箱的熱氣抽出物離開處理腔室。

乾燥、加熱的進來的處理氣體可提供至土壤箱，例如，至土 壤箱的開孔及/或土壤箱的側部，以將熱轉移至受汙染土壤，導致汙染遷移通過土壤至氣體離開路徑。在進入氣體離開路徑且離開腔室之前，加熱的處理氣體流經受汙染土壤，直接加熱帶有汙染的該土壤。

第1圖根據某些實施例，例示示意的蒸發去吸附系統。一或 更多個土壤箱120可放置於處理腔室110中。處理腔室可為隔熱的，以防止熱損失。土壤箱可在頂部上打開，且包含氣體離開路徑127。在充填了受汙染土壤125之後，土壤箱可安裝於處理腔室110中，以進行汙染處理，且在汙染處理完成之後，可移除土壤箱。土壤箱可提供來用於受汙染土壤與乾淨土壤的批次處理。熱且乾的處理氣體130可引入處理腔室110中。處理氣體可通過土壤箱中的受汙染土壤，至耦接於處理腔室排氣140的氣體離開路徑127，且之後流出處理腔室110。在某些實施例中，處理氣體可具有受控制的濕度，以用於最佳化該處理程序。例如，溼土壤可接受低濕度的處理氣體(例如，乾的氣體)，而乾的土壤可接受濕度較高的處理氣體(例如，較溼的氣體)。

排出的處理氣體可包含碳氫化合物汙染，其可被復原。復原 組件150可耦接於處理腔室排氣140，以復原排出的處理氣體中的所有或一部分的碳氫化合物。復原組件150可包含一或更多個熱交換器與氣體抽出風扇，氣體抽出風扇提供處理氣體從處理腔室110通過熱交換器的流動。汙染可被冷凝，且流動至相分離器，以從熱交換器復原該冷凝物。重的有機物、輕的有機物、與水可在相分離器中分離，且流體160經出口至收集槽。剩餘的殘渣可排出170至出口堆。

在某些實施例中，提供具有改良的安全性之熱去吸附處理。 在低於碳氫化合物的自燃溫度之溫度(針對碳氫化合物鏈n-C_xH_y，具有x>8時，該自燃溫度大約為400F，且x>5時，該自燃溫度大約為500F)，排放氣體(其為攜帶碳氫化合物汙染物的處理氣體)的輸送可具有最小的爆炸危險。因此在某些實施例中，在導管部190中提供特殊的考量，直到排放氣體的溫度降低成低於該自燃溫度。或者，只要該排放氣體離開熱去吸附腔室，排放氣體的溫度會限制成低於該自燃溫度。

在某些實施例中，提供系統與方法來調節該熱去吸附腔室的 排放氣體的溫度，以減少或防止可能的爆炸危險。溫度測量裝置(例如，熱電偶)可放置於熱去吸附腔室的排氣管線處或附近，以測量離開腔室的處理氣體的溫度。所測量的溫度可用於控制輸入至熱去吸附腔室的熱能，例如藉由調節加熱該處理氣體的加熱器。汙染物可包含不同種類的碳氫化合物，具有不同的自燃溫度，所以可使用500F(260C)或400F(204C)的合理的上界溫度，以限制該排放氣體的溫度。

在某些實施例中，輸入溫度調節可反映在處理氣體的離開溫 度中。例如，入口加熱器可用於加熱該處理氣體。入口加熱器可透過變頻 驅動組件來控制，變頻驅動組件將根據來自該排放氣體的溫度回授而自動調整熱傳送。限制該排放氣體的溫度至例如400F將降低該溫度至低於自燃溫度。標準研究顯示處理氣體的離開溫度為400F時有顯著的碳氫化合物蒸汽生成。放置於土壤箱出口處的多餘的熱電偶可為溫度設定點裝置。

在土壤床內，溫度將超過400F。但是，處理氣體係包含於 該土壤內，且隨後在移動的氧化前端與土壤箱出口之間冷卻。蒸汽可在多孔的流體環境中，該多孔的流體環境作用類似於火花或火焰攔阻裝置。蒸汽路徑為非直線的，該蒸汽路徑將不會傳播火花或火焰。

第2圖根據某些實施例，例示熱去吸附腔室。土壤箱220係可 移除的(有時稱為滾離)料斗，修改來容納氣體離開路徑270。頂部打開的土壤箱220可由底部中的滾筒或鋼軌(未圖示)來支撐。處理腔室210可接收熱且乾的處理氣體230，例如脫水的空氣。處理氣體可進入土壤225、朝向氣體離開路徑270流動280、將土壤內的汙染物帶離至排氣管線240。處理腔室210可為隔熱的。土壤箱220包含位於土壤箱底部附近的氣體離開路徑270。氣體離開路徑可為有排孔的，以允許處理氣體從周圍的土壤流進該路徑中。土壤箱220可安裝於土壤箱支撐基座上，土壤箱支撐基座提供來自土壤箱氣體離開路徑270的流動路徑，以提供來自處理腔室的汙染物與處理氣體離開240該腔室。

熱電偶250可放置於排氣管線240中，例如在熱去吸附腔室 210處的出口處或附近。可提供回授255至加熱器/風箱組件290，加熱器/風箱組件290係配置來提供乾熱的處理氣體230至熱去吸附腔室210。回授255可用於調節(例如，增加或減少)提供來加熱處理氣體輸入230的熱能。例 如，在處理循環的開始，熱電偶250處的排氣溫度可為低，且可開啟加熱器/風箱組件290中的加熱器來加熱處理氣體230。當排氣溫度超過設定點(例如，碳氫化合物汙染物的自燃溫度)時，可減少或關掉加熱器電力。在處理之前，可預先決定該自燃溫度，例如藉由透過樣本運作來評估受汙染土壤的特性。或者，可使用400F或500F的預先決定溫度。

第3A-3C圖根據某些實施例，例示用於熱去吸附處理的流程 圖。在第3A圖中，操作300調節用於處理受汙染土壤的熱去吸附腔室的排氣處的溫度，其中該溫度係配置成低於土壤中的汙染物的自燃溫度。在第3B圖中，操作320調節熱去吸附腔室的排氣處的溫度至低於400F(204C)或500F(260C)，藉以處理受汙染土壤。在第3C圖中，操作340感測用於處理受汙染土壤的熱去吸附腔室的排氣處的溫度。操作350調節熱去吸附腔室的加熱器或流體控制器，以維持該溫度至低於400F或500F。

在某些實施例中，提供系統與方法來提供來自處理腔室的可能爆炸蒸汽的安全輸送，例如，土壤箱至排氣處理設備(例如，熱交換器)。碳氫化合物蒸汽的安全輸送(同時維持該蒸發去吸附處理的快速處理循環，特別是用於高程度汙染的土壤)可包含保持處理氣體低於自燃溫度、維持多孔的流動、快速冷卻、維持冷卻逐道皮層溫度以及隔離輸送組件的關鍵部分。安全輸送可利用高濃度(例如，高達30%或更高)來處理碳氫化合物汙染物，且可復原液態裂解的原油。

在某些實施例中，提供系統與方法來調節熱去吸附腔室的排放氣體的碳氫化合物濃度至超出碳氫化合物的可燃性範圍。至熱去吸附腔室的處理氣體(例如，空氣)的輸入流體可用受控制的方式調整，以維持 排放氣體在一狀況中，該狀況係超出用於感興趣的汙染之可燃混合物濃度包封(envelope)之外。該等汙染物可包含不同種類的碳氫化合物，具有不同的可燃範圍，所以處理氣體流動可維持在5vol%與15-30vol%之間(例如，5vol%與25vol%之間或5vol%與20vol%之間)，取決於土壤的狀況。

第4圖根據某些實施例，例示熱去吸附腔室。土壤箱420係可 移除的料斗，修改來容納氣體離開路徑470。處理腔室410可接收熱且乾的處理氣體430，例如脫水的空氣。處理氣體可進入土壤425、朝向氣體離開路徑470流動480、將土壤內的汙染物帶離至排氣管線440。土壤箱420可安裝於土壤箱支撐基座上，土壤箱支撐基座提供來自土壤箱氣體離開路徑470的流動路徑，以提供來自處理腔室的汙染物與處理氣體離開440該腔室。

濃度測量裝置450/452(例如，雷射組件)可放置於排氣管 線440中，例如在熱去吸附腔室410處的出口處或附近。例如，雷射450可傳送雷射束穿過排氣流動。強度測量裝置452可接收來自雷射450的信號。若雷射450調整至該排氣流動中的碳氫化合物種，一部分的雷射束可被吸收或散射，因為氫化合物種的存在。因此，在裝置452處的所測量的強度信號可指出該排氣流動中的碳氫化合物的濃度。可提供回授455至加熱器/風箱組件490，加熱器/風箱組件490係配置來提供乾熱的處理氣體430至熱去吸附腔室410。回授455可用於調節(例如，增加或減少)提供來加熱處理氣體輸入430的熱能。例如，若所測量的碳氫化合物濃度低於可燃限度(例如，處理氣體流體流中的碳氫化合物的濃度的20、25或30vol%)，可提供降低流率的處理氣體430，以增加該濃度至超出可燃範圍。相似的，若所測量的碳氫化合物濃度高於可燃限度(例如，處理氣體流體流中的碳氫化合物的濃度的5 vol%)，可提供提高流率的處理氣體430，以降低該濃度至超出可燃範圍。

在某些實施例中，可使用溫度與濃度監測的組合，以調節來 自處理腔室的排氣。

第5A-5C圖根據某些實施例，例示用於熱去吸附處理的流程 圖。在第5A圖中，操作500調節用於處理受汙染土壤的熱去吸附腔室的排氣處的濃度，其中該濃度係配置成低於土壤中的汙染物的可燃限度。在第5B圖中，操作520調節用於處理受汙染土壤的熱去吸附腔室的排氣處的濃度至5與25vol%之間、5與20vol%之間、或5與15vol%之間。在第5C圖中，操作540感測用於處理受汙染土壤的熱去吸附腔室的排氣處的濃度。操作550調節至熱去吸附腔室的處理氣體的流動，以維持汙染物濃度至5與25vol%之間、5與20vol%之間、或5與15vol%之間。

在某些實施例中，提供系統與方法來防止對財產與個人的損 傷，例如藉由導引火焰傳播與爆炸前端至釋放煙囪。土壤箱本身可作用為爆炸攔阻裝置，因為多孔的媒介與群集，且因此，對於爆炸危險本質上可為安全的。從熱去吸附腔室的出口至熱交換器的輸送可具有隔離與排出的性能，以處理可能的大火事件。輸送的下游部分可具有被動的隔離閥，就在蒸汽處理系統之前。被動的隔離閥在正常操作期間可打開，且在大火事件期間可關閉。例如，隔離閥可配置成當感測到火焰傳播與爆炸前端時就關閉。隔離閥關閉時可防止爆炸前端傳播至下游設備。另外，在隔離閥之前可提供壓力釋放閥。例如，就在被動的隔離閥之前，該輸送可配備有破裂盤與出口系統，其導引任何可能的爆炸上竄至安全的方向中。壓力釋放閥可配置成當隔離閥關閉時就打開，以導引火焰傳播與爆炸前端至安全的 排氣。該輸送係用耐用的鋼來建構，以承受可能的大火事件。

第6A-6C圖根據某些實施例，例示用於熱去吸附處理的下游 排氣。土壤箱620係可移除的容器，具有氣體離開路徑670。處理腔室610可接收熱且乾的處理氣體630，例如脫水的空氣。處理氣體可進入土壤、朝向氣體離開路徑670流動、將土壤內的汙染物帶離至排氣管線640。

隔離閥650放置於排氣管線640之後。隔離閥可放置於排氣處 理組件之前，例如熱交換器680，其用於復原排氣內的可冷凝的碳氫化合物汙染物。隔離閥正常係打開，例如，允許排氣流經排氣管線640至熱交換器680。壓力釋放閥660可放置於隔離閥650之前。壓力釋放閥正常係關閉，例如，允許排氣流經排氣管線640至熱交換器680。壓力釋放閥660耦接於煙囪，該煙囪係配置來安全地排放該排氣。

在某些實施例中，排氣的溫度可降低至在隔離閥650的位置 處低於自燃溫度，例如低於400F或低於500F。例如，排氣在離開熱去吸附腔室610時可為大約1000F。排氣的高溫可為熱處理氣體630的結果，熱處理氣體630可為1000F或更高。處理氣體630的高溫可允許處理腔室610中的土壤的第一處理。在隔離閥之後，排氣的溫度係低於碳氫化合物汙染物的自燃溫度，因此可減少或消除在下游設備處的爆炸危險，例如在熱交換器680處或排氣的更下游的任何設備處。

因為從處理腔室610的出口到隔離閥之導管640部分可具有 高溫排氣(例如，高於該自燃溫度)，可能有爆炸危險。隔離閥650與壓力釋放閥660的組合可安全地處理該爆炸，保護下游設備(例如熱交換器680)且防止對個人或設備的可能損傷。導管640可由防爆炸的材料製成，例如耐 用的鋼，以承受爆炸。

第6B圖繪示在熱去吸附處理的正常操作期間，隔離閥與壓 力釋放閥的配置。隔離閥係在打開位置650A中，且壓力釋放閥係在關閉位置660A中。排氣可流動655A通過隔離閥至用於處理該排氣的熱交換器。第6C圖繪示在熱去吸附處理的爆炸期間，隔離閥與壓力釋放閥的配置。感測到爆炸時，隔離閥可在關閉位置650B中，且壓力釋放閥可在打開位置660B中。該爆炸可流動665B向上、通過壓力釋放閥至用於安全排放的煙囪。

第7A-7D圖根據某些實施例，例示用於熱去吸附處理的下游 排氣的不同配置。第7A圖繪示正常操作，且第7B圖繪示用於下游排氣配置的爆炸方案。隔離閥750放置於來自熱去吸附腔室的出口排氣管線740與下游管線780(例如，熱交換器)之間。隔離閥750可包含耦接於彈簧751的副翼752。隔離閥750正常係打開，以允許排氣從熱去吸附腔室流動753至熱交換器。壓力釋放閥760可放置於隔離閥750之前。壓力釋放閥760可包含耦接於彈簧761的副翼762。壓力釋放閥760正常係打開，以阻擋至煙囪排氣的路徑790。

當爆炸或氣體燃燒發生時，排氣管線740中的壓力會增加， 例如因為爆炸的壓力前端的快速膨脹。爆炸的壓力前端會施加壓力在副翼752上，壓縮彈簧751，且阻擋至熱交換器的下游路徑780。同時，爆炸前端也會施加壓力在副翼762上，壓縮彈簧761，且打開至煙囪排氣的路徑790，這可安全地轉移爆炸763至煙囪。

在爆炸被抑制之後(例如藉由某種安全機構來減少或消除排 氣的可燃性)，彈簧751與761可從它們的壓縮狀態鬆弛，這可將隔離閥750 與壓力釋放閥760帶回至正常操作配置。

第7C圖繪示正常操作，且第7D圖繪示用於另一下游排氣配 置的爆炸方案。隔離閥755放置於來自熱去吸附腔室的出口排氣管線740與下游管線780(例如，熱交換器)之間。隔離閥755可包含耦接於彈簧756的球757。當彈簧756在其鬆弛狀態中時，球757被推向前，允許排氣流動758於球757的周圍，從熱去吸附腔室的排氣管線740至入口管線780，至熱交換器。壓力釋放閥765可放置於隔離閥755之前。壓力釋放閥760可包含耦接於彈簧766的球767。當彈簧766在其鬆弛狀態中時，球767被推向前，阻擋至煙囪排氣的路徑790。

當爆炸或氣體燃燒發生時，排氣管線740中的壓力會增加， 例如因為爆炸的壓力前端的快速膨脹。爆炸的壓力前端會施加壓力在球757上，壓縮彈簧756，且阻擋至熱交換器的下游路徑780。同時，爆炸前端也會施加壓力在球767上，壓縮彈簧766，且打開至煙囪排氣的路徑790，這可安全地轉移爆炸768至煙囪。

在爆炸被抑制之後，彈簧756與766可從它們的壓縮狀態鬆 弛，這可將隔離閥755與壓力釋放閥765帶回至正常操作配置。

第8A-8B圖根據某些實施例，例示用於操作隔離閥與釋放閥 的流程圖。在第8A圖中，操作800感測用於處理受汙染土壤的熱去吸附腔室的排氣處的壓力增加。操作810關閉隔離閥，用於將下游設備隔離於該排氣。操作820打開釋放閥，用於導引該排氣至煙囪。

在第8B圖中，當感測到用於處理受汙染土壤的熱去吸附腔 室的排氣處的壓力增加時，操作840當熱去吸附腔室排氣的壓力增加，自動 關閉隔離閥，用於將下游設備隔離於排氣。操作850自動打開釋放閥，用於導引排氣至煙囪。

在某些實施例中，提供系統與方法來冷卻熱去吸附腔室的排 氣，例如至低於該排氣中的汙染物的自燃溫度之溫度。例如，排氣管線部可放置於熱去吸附腔室與排氣處理設備之間。排氣管線部可接收具有高溫(例如，大約1000F)的輸入排氣，且提供具有較低溫度的輸出排氣，例如低於該排氣中的汙染物的自燃溫度，例如400F或500F。該排氣離開熱去吸附腔室時可在1000F(538C)的範圍中。在允許排氣處理(例如，用以復原碳氫化合物汙染物的熱交換器)之前，該排氣可冷卻至低於500F(260C)或400F(204C)的溫度。

藉由提供可以冷卻該排氣的排氣管線部，可限制防爆炸的設 計至排氣管線部，不用延伸至熱去吸附處理的部分。另外，藉由在熱去吸附腔室的出口處提供高排氣溫度，可完成較高的生產量、效率、與較簡單的腔室設計。

在某些實施例中，排氣管線部可利用冷卻流體套覆住，以降低內部皮層溫度至低於自燃溫度。冷卻流體可繞送至冷卻散熱器，類似於汽車引擎。排氣的溫度可透過冷卻氣體來降低，例如新鮮空氣或氮氣，或者透過排氣流中的水霧，例如微滴噴霧，或者注入低溫流體至蒸汽流中。水霧可充滿氮氣。排氣管線部的溫度控制可提供危險蒸汽的安全輸送。

藉由使用注入冷空氣而非使用注入水，排氣冷卻系統冷卻器可提供離開處理腔室的汙染熱氣的冷卻。若使用排氣後、尾氣(off-gas)的處理系統，這會增加體積至要處理的排氣的數量、需要較大的氣體抽出風 箱以及增加的尾氣處理容量。

排氣冷卻系統可具有水注入，該水注入係提供自分離的、大 氣壓力的水槽，或加壓的水源。若使用此方法，在氣體抽出風箱的操作期間，藉由氣體離開路徑中的真空，水被汲取通過水注入管線，至氣體離開路徑的滲透出口。該冷卻器仍需要貯存器來用於未蒸發的水，且將需要土壤處理之間的周期性汲取。

藉由使用熱交換器而非使用水注入系統，排氣冷卻系統冷卻 器可提供離開處理腔室的汙染熱氣的冷卻。這會增加元件至處理程序，且在受汙染土壤的批次處理期間需要冷卻劑的持續流動，增加了成本。冷卻劑也可為致冷系統。此系統使用熱交換器作為致冷循環蒸發器。這具有優點係冷卻該排氣至夠冷的溫度(例如，結冰附近或以下)，使得某些汙染物(例如，多氯聯苯(PCBs,polychlorinated biphenyls))可在該冷卻器中冷凝。 該致冷循環通常為壓縮機，其從蒸發器的排放物中吸取。壓縮機排放物流至冷凝器，在冷凝器處冷卻該加壓的、熱的致冷劑。藉由流經進入蒸發器時的受限流動區域(其中可吸收熱且然後繼續該循環)，加壓的、冷卻的致冷劑然後被去壓力。

第9圖根據某些實施例，例示排氣管線的配置。土壤箱920 係可移除的容器，具有氣體離開路徑970。處理腔室910可接收熱且乾的處理氣體930，例如脫水的空氣。處理氣體可進入土壤、朝向氣體離開路徑970流動、將土壤內的汙染物帶離至排氣管線940。

隔離閥950放置於排氣管線940之後。隔離閥可放置於排氣處理組件之前，例如熱交換器入口980。壓力釋放閥960可放置於隔離閥950之 前，提供至煙囪的路徑990，該煙囪係配置來安全排放地排放爆炸氣體。

排氣管線940(其可在處理腔室910的出口與隔離閥950之間) 例如藉由散熱蓋942而冷卻。散熱蓋942可配置來降低該排氣的溫度至該排氣內的碳氫化合物汙染物的自燃溫度或以下。例如，在處理腔室910的出口處(例如，排氣管線940的入口)，該排氣的溫度可為大約1000F，取決於處理腔室910中發生的熱去吸附處理。在排氣管線940的出口處(例如，隔離閥950之前或之後)，該排氣的溫度可為大約400F或500F，取決於受汙染土壤的種類。散熱蓋942可包含散熱鰭，用於散去該排氣管線940中的加熱的排氣的熱能。散熱蓋942可包含主動冷卻組件，例如冷卻護套或冷卻線圈，其具有循環的冷卻劑來冷卻該加熱的排氣。

另外，噴嘴944可設置於排氣管線940中，以引入冷卻氣體或 液體，例如空氣流體、水霧或水氣流體，以降低該排氣的溫度。噴嘴944可僅設置於排氣管線940的入口處。噴嘴944可沿著排氣管線940分布，均勻地或有升降率的，例如，較高的氣體或液體流體可提供於排氣管線940的入口附近。

在某些實施例中，排氣管線940可為漸變的，以允許冷凝的 碳氫化合物流入復原槽中。排氣管線940可朝向下游部分990為漸變的，以允許冷凝的碳氫化合物流至熱交換器。排氣管線940可朝向入口部分以及收集機構為漸變的，以復原該冷凝的碳氫化合物。

第10A-10B圖根據某些實施例，例示用於操作隔離閥與釋放 閥的流程圖。在第10A圖中，操作1000感測用於處理受汙染土壤的熱去吸附腔室的排氣處的溫度。操作1010噴灑水於該排氣上，以維持該溫度至低於 400F。

在第10B圖中，操作1030當感測到用於處理受汙染土壤的熱 去吸附腔室的排氣處的溫度高於400F時，自動噴灑水於該排氣上。

在某些實施例中，提供系統與方法來限制離開熱去吸附腔室 的該排放氣體的平均自由路徑，例如以限制火焰傳播與爆炸前端。該排放氣體流的平均自由路徑可小於10mm、小於5mm、小於2mm、或小於1mm。 平均自由路徑可為氣體分子的碰撞之間所行進的距離的平均。例如，平均自由路徑可為排氣導管中的材料之間的縫隙的平均。來自熱去吸附腔室的氣體排氣導管的部分可充填有多孔的媒介，該多孔的媒介可協助減少或消除導管中可能的爆炸危險。該導管與多孔的媒介之尺寸可設計成提供從熱去吸附腔室至處理部之該排放氣體的適當的流體傳導。例如，排氣管線的橫剖面面積可足夠大，以克服與多孔的流體相關的前進損失。

排氣管線也可配備有池泵，以連續地移除任何冷凝的碳氫化 合物。復原的液態碳氫化合物冷凝物可被泵抽通過冷卻管線，且輸送至復原槽。

第11A-11B圖根據某些實施例，例示排氣管線的配置。排氣 管線1140設置於熱去吸附腔室1110與隔離閥1150之間。隔離閥可放置於排氣處理組件之前，例如熱交換器入口1180。壓力釋放閥可放置於隔離閥1150之前，提供至煙囪的路徑1190，該煙囪係配置來安全地排放爆炸氣體。

散熱蓋1142以及噴嘴1144用於冷卻該排氣管線的一部分中 的排氣，使得當排氣1148到達隔離閥1150時，該排氣的溫度低於一自燃溫度。

排氣管線1140的該部分(其可在處理腔室1110的出口與管線部1170之間)可包含多孔的材料，例如以限制氣體分子的平均自由路徑，有效地減少爆炸的可能。選擇性的噴嘴1145可設置於排氣管線的多孔材料部分處，用於冷卻該排氣。

在某些實施例中，排氣管線1140的該部分與管線部1170可為漸變的，以允許冷凝的碳氫化合物流進復原槽中。管線部1170可朝向下游部分1149為漸變的，以允許冷凝的碳氫化合物流至熱交換器1147。管線部1170與排氣管線1140的該部分可朝向復原槽以及收集機構為漸變的，以復原該冷凝的碳氫化合物。

110‧‧‧處理腔室

120‧‧‧土壤箱

125‧‧‧受汙染土壤

127‧‧‧氣體離開路徑

130‧‧‧處理氣體

140‧‧‧排氣

150‧‧‧復原組件

160‧‧‧流體

170‧‧‧排出

190‧‧‧導管部

Claims (20)

1. 一種方法，包含：將一加熱氣體流動至一受汙染土壤，以從該受汙染土壤產生一排放氣體，其中該受汙染土壤包含碳氫化合物汙染物；限制該排放氣體的平均自由路徑，以減少該排放氣體所造成之一爆炸的一傳播。
2. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該受限制的平均自由路徑係小於5mm。
3. 如申請專利範圍第1項之方法，另包含：調節該排放氣體的一溫度至低於該碳氫化合物汙染物的一自燃溫度。
4. 如申請專利範圍第1項之方法，另包含：調節該加熱氣體的流動，使得該碳氫化合物汙染物的一濃度超出該碳氫化合物汙染物的一可燃範圍。
5. 如申請專利範圍第1項之方法，另包含：在該爆炸時，隔離下游的設備，且導引該排放氣體至一釋放煙囪。
6. 如申請專利範圍第1項之方法，另包含：冷卻該排放氣體成低於該碳氫化合物汙染物的一自燃溫度。
7. 如申請專利範圍第1項之方法，另包含：噴灑水於該排放氣體上，以降低該排放氣體的一溫度。
8. 一種方法，包含：形成一處理腔室，其中該處理腔室之配置可容納一受汙染土壤，其中該受汙染土壤包含碳氫化合物汙染物，其中該處理腔室包含一入口，該入口之配置可用將一加熱氣體接收至該處理腔室，其中該處理腔室包含一出口，該出口之配置可用來輸出該受汙染土壤的一排放氣體；形成一排氣導管，該排氣導管耦接於該出口；供應一多孔的材料於該排氣導管中，以用於限制該排放氣體的平均自由路徑。
9. 如申請專利範圍第8項之方法，其中該受限制的平均自由路徑係小於2mm。
10. 如申請專利範圍第8項之方法，另包含：形成一溫度測量元件於該排氣導管中，其中該溫度測量元件耦接於該加熱氣體，以用於將該排放氣體的一溫度調節至低於該碳氫化合物汙染物的一自燃溫度。
11. 如申請專利範圍第8項之方法，另包含： 形成一碳氫化合物濃度測量元件於該排氣導管中，其中該碳氫化合物濃度測量元件耦接於該加熱氣體，以用於調節該加熱氣體的流動，使得該碳氫化合物汙染物的一濃度超出該碳氫化合物汙染物的一可燃範圍。
12. 如申請專利範圍第8項之方法，另包含：形成一隔離閥，用於隔離下游的設備；形成一釋放煙囪，用於在由該排放氣體導致的一爆炸期間導引該排放氣體至一釋放煙囪。
13. 如申請專利範圍第8項之方法，另包含：形成一灑水組件，該灑水組件耦接於該排氣導管，且用於將該排放氣體冷卻成低於該碳氫化合物汙染物的一自燃溫度。
14. 如申請專利範圍第8項之方法，另包含：形成一灑水組件，該灑水組件耦接於該排氣導管，且用於噴灑水於該排放氣體上，以降低該排放氣體的一溫度。
15. 一種系統，包含：一處理腔室，其中該處理腔室之配置可容納一受汙染土壤，其中該受汙染土壤包含碳氫化合物汙染物，其中該處理腔室包含一入口，該入口係之配置可用於接收至該處理腔室的一加熱氣體，其中該處理腔室包含一出口，該出口之配置可用於輸出來自該受汙染土壤的一排放氣體； 一排氣導管，該排氣導管耦接於該出口；一多孔的材料，設置於該排氣導管中，以用於限制該排放氣體的平均自由路徑。
16. 如申請專利範圍第15項之系統，另包含：一溫度測量元件，在該排氣導管中，其中該溫度測量元件耦接於該加熱氣體，以用於將該排放氣體的一溫度調節至低於該碳氫化合物汙染物的一自燃溫度。
17. 如申請專利範圍第15項之系統，另包含：一碳氫化合物濃度測量元件，在該排氣導管中，其中該碳氫化合物濃度測量元件耦接於該加熱氣體，以用於調節該加熱氣體的流動，使得該碳氫化合物汙染物的一濃度超出該碳氫化合物汙染物的一可燃範圍。
18. 如申請專利範圍第15項之系統，另包含：一隔離閥，用於隔離下游的設備；一釋放煙囪，用於該排放氣體導致的一爆炸時，導引該排放氣體。
19. 如申請專利範圍第15項之系統，另包含：一灑水組件，該灑水組件耦接於該排氣導管，且用於將該排放氣體冷卻成低於該碳氫化合物汙染物的一自燃溫度。
20. 如申請專利範圍第15項之系統，另包含：一灑水組件，該灑水組件耦接於該排氣導管，且用於噴灑水於該排放氣體上，以降低該排放氣體的一溫度。