專利名稱：沉降控制系統(tǒng)的制作方法
沉降控制系統(tǒng)相關(guān)串請本申請要求2009年11月20日提交的美國臨時專利申請?zhí)?1/263，261的權(quán)益，在此將其引入作為參考。
背景技術(shù)：
盡管價格攀升和其他經(jīng)濟(jì)和地緣政治憂慮，化石燃料的全球和國內(nèi)需求持續(xù)增力口。由于這種需求持續(xù)增加，探索其它經(jīng)濟(jì)上可行的化石燃料源的研究和考察也相應(yīng)地增力口。在歷史上，很多研究認(rèn)識到大量能量儲存在例如油頁巖、煤和焦油砂礦床中。但是，這些來源仍在經(jīng)濟(jì)競爭性回收方面存在有難度的挑戰(zhàn)。加拿大的焦油砂已顯示出，雖然仍存在許多挑戰(zhàn)——包括環(huán)境影響、產(chǎn)品質(zhì)量、生產(chǎn)成本和加工時間等，但這種努力可以是有成效的。
全世界油頁巖儲存的估量在2至約7萬億桶油的范圍，這取決于評估來源。無論如何，這些儲存表示極大的量，并仍然是基本上未使用的資源。很多公司和考察人員繼續(xù)研究和測試從這種儲存回收油的方法。在油頁巖工業(yè)中，提取方法已包括通過爆破生成的地下碎石豎筒，原位方法如原位轉(zhuǎn)化處理(ICP)方法(殼牌石油(Shell Oil))，和在鋼制蒸餾罐內(nèi)加熱。其他方法已包括原位射頻加熱(微波)，和“改進(jìn)的”原位工藝，其中已聯(lián)合地下開采、爆破和蒸餾以使碎石從地層中排出，允許更好的加熱轉(zhuǎn)化和產(chǎn)品脫除。一般的油頁巖工藝均面臨經(jīng)濟(jì)和環(huán)境憂慮的權(quán)衡。當(dāng)前沒有單獨的工藝符合經(jīng)濟(jì)、環(huán)境和技術(shù)挑戰(zhàn)。此外，全球變暖的憂慮導(dǎo)致另外的措施以解決這種工藝相關(guān)的二氧化碳(CO2)排放。需要實現(xiàn)環(huán)境管理、還提供大批量成本有效生產(chǎn)油的方法。地下原位概念基于其大批量生產(chǎn)同時避免開采成本的能力而出現(xiàn)。雖然可實現(xiàn)避免開采而導(dǎo)致成本節(jié)約，但由于固體油頁巖極低的導(dǎo)熱性和高比熱，原位方法需要長期加熱地層?；蛟S任何原位工藝最大的挑戰(zhàn)均是地下淡水含水層可發(fā)生的水污染的不確定性和長期潛在性。在Shell的ICP方法中，“凍結(jié)壁”被用作保持含水層與地下處理區(qū)域隔離的屏障。長期防止污染仍必須被最終證實，并且?guī)缀鯖]有凍結(jié)壁失效的補(bǔ)救措施，因此需要其他方法解決這種環(huán)境危險。2008年2月8日提交的美國申請?zhí)?2/028，569公開并保護(hù)一種解決這些問題的方法和系統(tǒng)，在此引入其全部作為參考。在該申請中，公開了從含烴材料回收烴的方法，包括形成構(gòu)建的滲透性控制基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)。該構(gòu)建的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)限定了基本封裝體(substantiallyencapsulated volume)。開采后的含烴材料,如油頁巖,可被引入控制基礎(chǔ)結(jié)構(gòu),形成含烴材料滲透體。該滲透體可被加熱至足以從中改變和去除烴，留下貧頁巖或其他土質(zhì)材料。在加熱過程中，含烴材料可基本上是固定的。去除的烴可被收集，以進(jìn)一步處理在工藝中用作補(bǔ)充燃料或添加劑，和/或直接應(yīng)用而無需進(jìn)一步處理。貧頁巖或其他材料可留在基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)中?？刂苹A(chǔ)結(jié)構(gòu)可包括具有基本上防滲的底和帽的完整內(nèi)襯的防滲壁或防滲側(cè)壁。本發(fā)明人已認(rèn)識到，該方法和系統(tǒng)潛在的缺陷在于烴貧料在基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)中隨時間的沉降導(dǎo)致帽和任何上覆巖層下沉至初始等級以下，一定程度上有可能產(chǎn)生凹形表面。從環(huán)境或回收的角度來說，下沉至基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的等級以下可能是不利的。進(jìn)一步，容器周邊材料通常具有最小限度的拉伸強(qiáng)度或不具有拉伸強(qiáng)度?？蓪⑦@些材料以平行于容器冠面的張力放置，如果容器表面下沉至水平面以下以產(chǎn)生越來越大的凹形表面，并可由于基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的帽下沉而隨后分離或破裂，造成基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的內(nèi)含物暴露于外部環(huán)境。貧頁巖或其他土質(zhì)材料的暴露可能是不利的，其可包含最少量未去除的烴、重金屬及類似物。同樣，還可釋放基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)中截留的氣體或隨后可蒸發(fā)的氣體。由于這些和其他原因，仍需要這樣的方法和系統(tǒng)可使烴從合適的含烴材料的回收提高，同時提供經(jīng)歷沉降的烴貧料或和其他土質(zhì)材料的封裝和貯存，同時避免基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)帽或蓋和上覆巖層下沉到等級以下。概述提供沉降土質(zhì)材料的密封貯存系統(tǒng)，其包括內(nèi)襯貯存基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)(lined containment infrastructure)-包括底部、凸形凸起的冠部和連續(xù)的側(cè)壁部分，該側(cè)壁
部分連接底部和冠部，形成密封的封閉體(sealed enclosed volume),該封閉體限定流體在內(nèi)襯貯存基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)外流動。封閉體具有至少一個流體出口，并且凸起的冠具有向上凸起的圓頂外形。封閉體填充有粉碎的含烴材料，如油頁巖、焦油砂、煤及類似物。形成基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的內(nèi)襯忙存(Iined containment),使得在從基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)去除烴時和封閉體內(nèi)的沉降發(fā)生時，封閉體伴隨凸形凸起的冠壓縮而縮小一凸形凸起的冠壓縮導(dǎo)致冠高度和表面積減少并且冠多層深度增加。封閉體仍密封隔離外部環(huán)境，并且凸形凸起的冠經(jīng)改造使得在沉降完成和達(dá)到最終等級前凸起的冠基本上不從凸形發(fā)展至凹形(壓縮至拉伸)。底、凸形凸起的冠和側(cè)壁包括多個滲透性控制層，如下文所充分描述的。該層可包括內(nèi)絕緣層，如細(xì)粉層。一般還包括外防滲密封層(outer impermeable seal lasyer),其對于流體運輸是防滲的，并提供流體貯存。這種密封層的一個實例是膨潤土改造的土壤層。如需，任選的內(nèi)部相鄰于絕緣層的高溫浙青密封層可構(gòu)成基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的內(nèi)表面?；A(chǔ)結(jié)構(gòu)的側(cè)壁、底和冠的內(nèi)表面對來自封閉體內(nèi)的氣體、蒸氣或其他流體具有滲透性，該氣體、蒸氣或其他流體可凝結(jié)于細(xì)粉層內(nèi)并以任何預(yù)期方式收集用于進(jìn)一步處理。構(gòu)成基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的各層具有如下文所說明的特定功能，并至少包括絕緣層和密封層。本發(fā)明其他特征和優(yōu)勢將由下文的詳細(xì)描述而顯而易見，下文的詳細(xì)描述示例了例如本發(fā)明的特征。附圖
簡述圖I是根據(jù)一個實施方式所述基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的側(cè)剖視圖，顯示在烴脫除處理前填充有粉碎的含烴材料的封閉體，并進(jìn)一步顯示構(gòu)成底、側(cè)壁和在現(xiàn)有等級以上延伸的凸形凸起的冠的各種層。圖2是圖I所示基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的側(cè)剖視圖，其中凸起的冠由于封閉體內(nèi)的粉碎材料沉降而部分壓縮，而凸形凸起的冠在現(xiàn)有等級以上延伸，其程度低于圖I所示的程度。圖3是圖I所示基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)非側(cè)剖視圖，其中凸形凸起的冠由于封閉體內(nèi)的粉碎材料沉降而壓縮至基本上平行于局部表面的水平面。圖4是圖I所示基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的側(cè)剖視圖，其中凸形凸起的冠已由于封閉體內(nèi)的粉碎材料沉降而壓縮，然后部分?jǐn)U張為凹形表面。圖中所示尺寸、材料和構(gòu)型僅為方便描述本發(fā)明，不能代表準(zhǔn)確相對比例或替代性變化，其被認(rèn)為是本發(fā)明的一部分。一些方面可由實踐的實施方式進(jìn)行擴(kuò)展或改變，從而更加清楚。詳述現(xiàn)參考示例性實施方式，并在此使用具體語言對其進(jìn)行描述。但要理解的是，并不因此意圖限制本發(fā)明的范圍。相關(guān)領(lǐng)域并具有本公開的技術(shù)人員會想到的本文所述發(fā)明特征的改變和進(jìn)一步改正和本文所述發(fā)明原理的其它應(yīng)用被認(rèn)為在本發(fā)明范圍內(nèi)。進(jìn)一步，在公開和描述本發(fā)明的具體實施方式
前，要理解的是，本發(fā)明不限于本文公開的具體方法和材料，因為其可在一定程度上改變。還要理解的是，本文所用的術(shù)語僅是用于描述具體實施方式
，并不意為限制，因為本發(fā)明的范圍將僅由所附權(quán)利要求及其等同形式限定。定義在本發(fā)明的描述和權(quán)利要求中，將應(yīng)用下列術(shù)語。
除非上下文明確另外指示，單數(shù)形式“一(a)”、“一(an)”和“該(the)”包括復(fù)數(shù)指代。因此，例如，“壁”的指代包括一個或多個這種結(jié)構(gòu)的指代，“滲透體”包括一個或多個這種材料的指代，“加熱步驟”指一個或多個這種步驟。如本文所用，“現(xiàn)有等級(existing grade)”或類似術(shù)語指平行于包含本文所述基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的位點的局部表面地勢的等級或平面，該基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)可在現(xiàn)有等級以上或以下。但是，為了說明目的，現(xiàn)有等級將被描述為這樣的平面等級基本在其以下的本發(fā)明基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的冠面不應(yīng)在烴脫除和基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)內(nèi)材料沉降后的任何時間移動，因此避免凹冠面或平行于冠面或沿冠面的張應(yīng)力形成。如本文所用，當(dāng)具體應(yīng)用時，“等級以下(below grade)”和“地基(subgrade)”指在構(gòu)建的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)下方支撐土壤或土的基礎(chǔ)。如本文所用，“管道”指可用于由一點至另一點輸送材料和/或熱量的沿指定距離的任何通道。雖然管道一般可以是循環(huán)管道，但其他非循環(huán)管道也可使用。管道可有利地用于將流體引入滲透體和/或從滲透體提取流體，通過流體遷移傳送熱量，和/或輸送天然氣燃燒器射頻裝置、燃料電池機(jī)構(gòu)、電阻加熱器或其他裝置。內(nèi)襯忙存基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)一般基本上不含原狀(undisturbed)地質(zhì)地層，雖然基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)可鄰近或直接接觸原狀地層而形成。如本文所用，“粉碎”指使地層或較大塊破碎成小塊。粉碎的塊可被細(xì)碎或另外破碎成碎片。如本文所用，“含烴材料”指可提取或獲得烴產(chǎn)物的任何含烴材料。例如，烴可被直接提取為液體，通過溶劑萃取去除，直接蒸發(fā)或另外從材料去除。但是，很多含烴材料包含干酪根、浙青或不同等級的煤，其通過加熱和熱解可轉(zhuǎn)化為較小分子量的烴液體或氣體。含烴材料可包括但不限于，油頁巖、焦油砂、煤、褐煤、浙青、泥煤和其他有機(jī)材料。如本文所用，“貧料(lean material)”或類似術(shù)語指處理后的含烴材料，如一些或全部烴已被從中去除的油頁巖、焦油砂及類似物。如本文所用,“滲透體(permeabIe body)”指任何量的粉碎的含烴材料或其他土質(zhì)材料，其具有相對高的滲透性，超過了具有相同組成的固體原狀地層的滲透性。適當(dāng)?shù)臐B透體一般可具有大于約10%的空隙空間，通常具有約20%至40%的空隙空間，雖然其他范圍也可適合。允許高滲透性促進(jìn)——例如，通過摻入不規(guī)則形狀的大顆粒——由于最初的熱量傳遞通過氣體對流加熱所述體，同時還明顯降低與粉碎成極小尺寸例如約I至約O. 5英寸以下相關(guān)的成本。如本文所用，“壁”(一個或多個)或“側(cè)壁”(一個或多個)指構(gòu)建的連續(xù)多層壁，其具有絕緣性和滲透性控制作用，以將材料限制在至少部分由控制壁限定的封閉體內(nèi)。壁一般是垂直的，但可以任何功能方式定向。除非另外說明，限定封裝體的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的頂、底和其他輪廓和部分也可以是本文所用的“壁”。如本文所用，“凸起的冠(bludged crown)”指基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)上端的多層凸頂或凸頂部分，其位于粉碎的土質(zhì)材料上方并與限定封閉空間的上部的壁或側(cè)壁的上端相連。如本文所用，“底”指封閉空間的底，其上支持或固定壁或側(cè)壁。基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的底部一般與壁部分相連。如本文所用，術(shù)語“凸起的冠”、“壁”和“底”用于方便描述基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的定位，而構(gòu)成冠、壁和底的各種層一般可以是一個連續(xù)層。
如本文所用，“開采后的”指已被從原地層或地質(zhì)位置去除或干擾至第二個不同位置或回到相同位置的含烴材料或其他土質(zhì)材料。一般，開采后的材料可通過破碎、粉碎、爆破性引爆、鉆探或從地質(zhì)地層另外去除材料而生成。如本文所用，“細(xì)粉”指構(gòu)成底、凸起的凸形冠或壁中的一個部分的絕緣控制層，包括微粒無機(jī)或土質(zhì)材料，如砂礫、碎石、砂石或類似材料，一般具有直徑小于2英寸的顆粒尺寸。如本文所用，“膨潤土改造的土壤”或“BAS”指構(gòu)成底、凸起的冠或壁中的一個部分的密封控制層。BAS層一般包含按重量計約6-12%的膨潤土 ； 15-20%的水，與顆粒尺寸小于I”的土壤或集料混合，并向下擴(kuò)散至容易獲得的最細(xì)的材料，雖然可由這些一般準(zhǔn)則進(jìn)行改變，只要含水BAS可保持功能性密封。換句話說，BAS層是含水層。當(dāng)含水時，膨潤土組分膨脹至膨潤土干體積的數(shù)倍，從而密封土壤，使得這種材料具有塑性和韌性。如本文所用，“懸浮微?！敝冈谝簯B(tài)烴生成后常被發(fā)現(xiàn)懸浮在這些液體中的精細(xì)無機(jī)微粒。雖然這些懸浮微粒其中一些可容易濾出，但一些懸浮微粒大部分可能很難利用常規(guī)方法去除。如本文所用，“基本固定(substantially stationary)”指固體材料近似固定的定位，在一定程度上允許由于烴從封閉體中含烴材料被去除而留下貧料時的沉降、膨脹和/或下沉。相反，固體含烴材料的任何循環(huán)和/或流動，如流化床或旋轉(zhuǎn)蒸餾器中發(fā)現(xiàn)的循環(huán)和/或流動，均包括含烴材料固體顆粒的極大幅度的運動和處理。如本文所用，“基本上”當(dāng)用于材料的數(shù)量或用量或其特定特征時指足以提供材料或特征預(yù)期提供的效果的量。允許的確切偏差程度在一些情況下可取決于具體背景。類似地，“基本上不含”或類似用語指組成中不含被確定的成分或劑。具體地，被確定為“基本上不含”的成分在組成中完全不存在或僅以小到足以對組成結(jié)果不具有可測的效果的量被包含在內(nèi)。如本文所用，“約”指基于所確定的具體性質(zhì)的一般實驗誤差的偏差程度。術(shù)語“約”提供的范圍將取決于具體背景和具體性質(zhì)，并可容易被本領(lǐng)域技術(shù)人員理解。術(shù)語“約”并非意為擴(kuò)大或限制可另外被提供具體值的等價的程度。進(jìn)一步，除非另外說明，術(shù)語“約”將明確包括“確切地”，與下文關(guān)于范圍和數(shù)值數(shù)據(jù)的描述一致。濃度、尺寸、量和其他數(shù)值數(shù)據(jù)可在本文中以范圍形式呈現(xiàn)。要理解的是，這種范圍形式使用的目的僅為方便和簡要，并應(yīng)被靈活地解釋為不僅包括范圍界限明確描述的數(shù)值，而且包括該范圍內(nèi)所包含的全部單獨數(shù)值或亞范圍，如同各數(shù)值和亞范圍被明確描述。例如，約I至約200的范圍應(yīng)被解釋為不僅包括明確描述的界限I和約200，而且包括單獨的尺寸如2、3、4和亞范圍如10至50,20至100等。如本文所用，為方便，多個項目、結(jié)構(gòu)成分、組成成分和/或材料可以在共同列表中呈現(xiàn)。但是，這些列表應(yīng)被解釋為如同列表各成員被分別確定為單獨和唯一的成員。因此，該列表各成員不應(yīng)僅基于其在同組中呈現(xiàn)而沒有相反的表示就被解釋為同一列表中任何其他成員的實質(zhì)上等同物。密封貯存系統(tǒng)公開了密封貯存基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，其可用于從粉碎的含烴材料或其他土質(zhì)材料脫除烴或其他材料。構(gòu)建貯存基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，使得在烴脫除后烴貧料仍在基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)中適當(dāng)?shù)奈恢茫⑶移渲性诜鬯榈牟牧铣两岛蟊３只A(chǔ)結(jié)構(gòu)的完整性。密封貯存系統(tǒng)包括內(nèi)襯貯存基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，該內(nèi)襯貯存基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)包括底部、凸形凸起的冠部和連接底和冠的側(cè)壁部分，形成封閉體，該封閉體包含粉碎的材料，并限定流體在內(nèi)襯貯存基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)外流動。貯存基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)具有至少一個流體出口，并可具有多個流體出口和入口，這取決于系統(tǒng)如何在脫除烴或其他材料過程中應(yīng)用。凸起的冠具有向上圓頂凸形外形，其限定封閉體的上端，并與側(cè)壁相連。底也與側(cè)壁相連，并可基本上水平，或如需向排水管傾斜以收集在粉碎的含烴材料的處理過程中提取的烴流體。如上文引用的共同未決申請所述，從含烴材料回收烴的方法可包括形成構(gòu)建的滲透性控制基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)。該構(gòu)建的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)限定了基本封裝體?？蓪⒈婚_采的或得到的在引入條件下是固體或至少不自由流動的含烴材料引入控制基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，形成含烴材料滲透體。滲透體可被加熱至足以從中去除烴。在加熱過程中，含烴材料基本固定，因為構(gòu)建的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)是固定結(jié)構(gòu)。去除的烴(包括液體和氣體)可被收集用于進(jìn)一步處理，用于所述工藝和/或回收利用。具體的處理步驟在本文引入的在前申請中被充分公開，并可容易地適用于本文·公開的貯存基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)?？蛇x地，可通過任何數(shù)量的方法從土質(zhì)材料回收流體，如但不限于，浙濾、溶劑提取(例如蒸氣提取、液體提取)、生物修復(fù)、化學(xué)氧化、熱氧化及類似方法。這些方法可用于去除污染物、有毒成分、揮發(fā)性有機(jī)物或其他不需要的物質(zhì)、以及回收有價值的材料如貴金屬或其他金屬和化學(xué)前體物質(zhì)。因此，土質(zhì)材料可包括污染的土壤、金屬富礦、城市廢物及類似物。這些方法中一些需要加熱，而其他可無需加熱而有效進(jìn)行。因此，雖然應(yīng)用防滲密封層，但任何其他層如絕緣層或其他層是任選的。構(gòu)建的滲透性控制基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)可包括滲透性控制蓄水庫，其限定基本封裝體。滲透性控制蓄水庫(impoundment)可基本上不含原狀地質(zhì)地層。具體地，蓄水庫的滲透性控制方面可被完全構(gòu)建和制造為單獨分離的機(jī)構(gòu)，以防止材料不受控制地遷移進(jìn)或出封裝體，或其可利用挖掘(excavation)表面的一些成分。例如，在一些挖掘中，底和壁可具有足夠的天然低防滲性，膨潤土改造的土壤層可不是基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)部分所必需的。但是，細(xì)粉層仍可以為絕緣性所需。在一方面中，內(nèi)襯貯存基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)可沿挖掘的含烴材料礦床的壁形成。例如，可從礦床開采油頁巖、焦油砂或煤，形成近似相應(yīng)于預(yù)期密封貯存系統(tǒng)封裝體的空腔。然后挖掘的空腔可被用作內(nèi)襯貯存基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的形式和支撐。在可選方面中，如果基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)部分或基本上在地面水平上，可在基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)外壁表面周圍形成護(hù)道。烴礦床開采和/或挖掘及其粉碎和在基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)中的定位可利用任何適當(dāng)?shù)募夹g(shù)實現(xiàn)，如上述申請中公開的技術(shù)。內(nèi)襯基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)包括底、由底向上延伸的側(cè)壁和向上延伸并在側(cè)壁上的凸起的凸形冠，從而限定封閉體。底、側(cè)壁和凸起的冠中的每一個均可由多個層制成，至少包括內(nèi)細(xì)粉層或其他絕緣材料和改造膨潤土土壤或類似流體屏障材料的外層。任選地，除膨潤土改造的土壤外，進(jìn)一步防止基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)外的流體通過的外膜可被用作流體屏障。外膜可充當(dāng)?shù)诙溆妹芊鈱印绻谝幻芊鈱佑捎谌魏卧蚴?。高溫浙青或其他流體屏障材料的內(nèi)層也可任選地用于細(xì)粉層內(nèi)表面和限定蓄水庫的內(nèi)表面。構(gòu)成貯存基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的聯(lián)合多層用于使基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)絕緣，使得封閉體中的熱量被保 持，以促進(jìn)烴從粉碎的油頁巖、焦油砂或其他含烴材料脫除。細(xì)粉層的絕緣性使得跨越該層的溫度梯度允許膨潤土改造的土壤層冷卻到足以保持含水。膨潤土改造的土壤層的塑性密封基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，以防止基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)外的烴除通過指定管道、在細(xì)粉中凝結(jié)或其他適當(dāng)手段滲透或通過。膨潤土改造的土壤層還起防止烴蒸氣、烴液體和內(nèi)襯基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)外的外部水蒸氣通過的作用。進(jìn)一步，膨潤土改造的土壤層具有足夠的塑性，從而在封閉體中發(fā)生沉降時被壓縮，特別是在圓頂凸形冠中，由此保持封閉體處于密封狀態(tài)。在某些情況下，基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)中可省略絕緣細(xì)粉層。例如，當(dāng)粉碎的材料經(jīng)過無需利用或產(chǎn)生熱量的可選方法如溶劑提取或浙濾從而從中去除材料時，絕緣層是任選的。在這種實施方式中，包含粉碎材料的封閉體通過含水膨潤土改造的土壤層被密封隔離外部大氣。適當(dāng)?shù)姆罎B膜可任選地內(nèi)襯含水膨潤土改造的土壤層的內(nèi)表面。雖然并非總是需要，但這種內(nèi)襯可防止含水膨潤土改造的土壤層與溶劑和/或浙濾流體之間的相互作用，否則該溶劑和/或浙濾流體可與BAS層反應(yīng)或破壞BAS層。在使用時，絕緣層可最常由細(xì)粉層組成。一般，細(xì)粉層可以是直徑小于2”的微粒材料。雖然其他材料可適合，但細(xì)粉層一般可由砂礫、砂石、粉碎的貧油頁巖或其他微粒細(xì)粉制成，其不截留或以其它方式抑制流體流動穿過絕緣層。通過選擇適當(dāng)?shù)奈⒘２牧虾蛯雍穸?，?xì)粉層可充當(dāng)絕緣的理論來源。相鄰于正被烘烤的油頁巖的細(xì)粉層內(nèi)表面處于烘烤工藝的溫度。相鄰于膨潤土改造的土壤層的細(xì)粉層外表面保持足夠冷卻，低于水沸點，從而防止膨潤土改造的土壤層的水合作用。因此，穿越細(xì)粉層至細(xì)粉層外表面存在顯著的熱梯度。烘烤過程中產(chǎn)生的氣體滲透該滲透性細(xì)粉層。由于這些氣體在細(xì)粉層中充分冷卻(在相應(yīng)氣體的凝點以下)，液體可由氣體凝結(jié)。這些液體很大程度上是烴，其基本上不使細(xì)粉潮濕，并且隨后經(jīng)過細(xì)粉向下滴流至貯存基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)底，在此其被收集和去除。此外，在收集的烴被凝結(jié)并且生成的液體向下經(jīng)過細(xì)粉層以從基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)收集和脫除時，細(xì)粉層充當(dāng)去除存在于烴中的懸浮微粒的過濾器。這種懸浮微粒被吸引和粘附于細(xì)粉顆粒表面，導(dǎo)致生成的不含或基本不含懸浮微粒的烴被收集。因此，烴向下滲濾通過細(xì)粉層，其污染物被過濾，并且大部分懸浮微粒從烴脫除。基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)可用任何適當(dāng)?shù)姆椒ㄐ纬?。但是，在一方面，該結(jié)構(gòu)自底向上形成。壁(一個或多個)的形成和用粉碎的土質(zhì)材料填充封閉體可在材料以預(yù)先確定的模式沉積的垂直沉積工藝中同時實現(xiàn)。例如，多個滑槽或其他微粒輸送機(jī)構(gòu)可沿沉積材料上方相應(yīng)的位置定向。通過選擇性控制輸送的微粒體積和沿系統(tǒng)俯視圖的位置一其中分別輸送各微粒材料，層和結(jié)構(gòu)可自底至冠同時形成?；A(chǔ)結(jié)構(gòu)的側(cè)壁部分可形成為在底的外周連續(xù)向上延伸，并且各存在層、膨潤土改造的土壤層、細(xì)粉層以及一如果存在一膜和/或浙青內(nèi)襯，被構(gòu)建為連續(xù)的底副本(counterpart)的連續(xù)延伸。在堆積側(cè)壁的過程中,粉碎的含烴材料可被同時置于底和側(cè)壁周邊內(nèi)，使得變成的封閉空間隨著構(gòu)建的側(cè)壁上升同時被填充。在這種方式下，可避免內(nèi)部擋墻或其他側(cè)面限制考慮。這種方法還可在垂直堆積過程中被監(jiān)測，從而驗證層交界面的混合在可接受的預(yù)先確定的耐受性(例如保持各層的功能性)內(nèi)。例如，BAS與細(xì)粉的過度混合可減弱BAS層的密封功能。這可通過在堆積時小心沉積各相鄰層和/或通過增加沉積層厚度避免。在堆積過程接近上部時，可利用上述相同的輸送機(jī)構(gòu)和僅調(diào)整構(gòu)成冠層的適當(dāng)材料的沉積位置和速率形成凸形凸起的冠。例如，當(dāng)達(dá)到側(cè)壁預(yù)期高度時，可添加足量的粉碎的含烴材料，形成凸起或冠。該粉碎的含烴材料的凸起或冠可在基本上平行于周圍局部表面或現(xiàn)有等級并且起始于貯存系統(tǒng)側(cè)壁頂端的假想水平面以上延伸。換句話說，這種材料將在絕緣層(例如頂、底和側(cè)壁)內(nèi)周限定的空間中被過度充填。用于形成冠的粉碎的土質(zhì)材料的體積被稱為“冠體積”。類似地，底、側(cè)壁和上述假想水平面限定的空間體積可被稱為 目標(biāo)體積。防止過度沉降(即導(dǎo)致體積小于目標(biāo)體積的沉降)所必需的預(yù)期冠體積可取決于多個因素而改變。一個可影響預(yù)期冠體積的因素是貯存系統(tǒng)的體積。另一個可影響預(yù)期冠體積的因素是置于密封貯存系統(tǒng)中的粉碎土質(zhì)材料的性質(zhì)。例如，如果密封貯存系統(tǒng)包含粉碎的油頁巖，則沉降可大于如果粉碎的材料是焦油砂。類似地，包含大量含烴材料的油頁巖可比具有較少量含烴材料的油頁巖具有較大的沉降。類似地，微粒尺寸可影響沉降程度和顆粒尺寸分布是相對較廣還是相對較窄。還有另一可影響預(yù)期冠體積的因素可以是貯存系統(tǒng)的深度，即側(cè)壁長度。相對于較淺的貯存系統(tǒng)，較深的貯存系統(tǒng)一般需要較大的冠體積。當(dāng)達(dá)到預(yù)期的過度充填時，基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的凸起的凸形冠可通過細(xì)粉層和膨潤土改造的土壤層置于凸起上而實現(xiàn)。如前所述，任選地，浙青內(nèi)層可被置于粉碎的含烴材料的凸起與細(xì)粉層之間，并且防滲層可任選地被置于改造的膨潤土土壤層上。無論用于形成基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的具體方法如何，底一般首先形成，并包括安置任選的外膜、膨潤土改造的土壤層和細(xì)粉層。任選地，浙青層可相鄰于細(xì)粉層內(nèi)表面安置。取決于具體安裝，加熱管道、收集管道、流體輸送管道、收集托盤和/或其他結(jié)構(gòu)可任選地被嵌入沉積的微粒材料。包括裝有粉碎的含烴材料的封閉空間的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)由此形成。形成的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)還可具有位于凸起的冠上的上覆巖層。如果密封貯存系統(tǒng)將在現(xiàn)有等級以下形成，可通過挖掘或其他適當(dāng)步驟制成多孔凹坑。如果不在地下位置，土壤或其他支撐護(hù)道可圍繞側(cè)壁并在層材料沉積時支撐層材料。在考慮以上描述下，圖I描繪一個實施方式的側(cè)視圖，顯示用于從粉碎的含烴材料126提取烴的貯存基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)100。顯示了基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)100，其中現(xiàn)有表面或挖掘等級135首先被用作基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的底部110的支撐。底部110包括外膜112、膨潤土改造的土壤層113、絕緣細(xì)粉層114和任選地浙青內(nèi)層111。自底部110向上堆積的是連續(xù)的側(cè)壁部分115，其包括外膜119、膨潤土改造的土壤層118、細(xì)粉層117和任選地浙青內(nèi)層116。如前所述，在構(gòu)建基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)100時,不同的層可自底至頂同時形成。同樣，在構(gòu)建壁時，粉碎的土質(zhì)材料126,如油頁巖、焦油砂、煤及類似物可被置于底上,并填充變成的封閉體125。取決于系統(tǒng)的安置，側(cè)壁部分115和底部110的外表面可由護(hù)道(berm)支撐，或者由——如果進(jìn)行挖掘一挖掘的底和壁支撐。基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的各底、壁和冠部共同形成絕緣層和包容層。一般，這些層部分是圍繞粉碎的土質(zhì)材料的連續(xù)層。
在完成側(cè)壁部分115時，無論同時還是分別填充，粉碎的土質(zhì)材料126被置于變成的封閉體125內(nèi)，其足以過度填充側(cè)壁部分115或在側(cè)壁部分115以上延伸形成凸形凸起。凸形冠或帽部分120可在粉碎的土質(zhì)材料126的凸起上形成，并與側(cè)壁部分115相連。如底和側(cè)壁一樣，凸起的冠120可具有多個層，包括任選的外膜124、膨潤土改造的土壤層123、細(xì)粉層122和任選地浙青內(nèi)層121。如需，上覆巖層136還可覆蓋凸起的冠。同樣，被用作上覆巖層136的材料可被用作淹沒或圍繞基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的側(cè)填或底。底、側(cè)壁和凸起的冠的各種層是連續(xù)的，其直接接觸或以類似的材料連通，使得例如細(xì)粉層114、117和122是一個圍繞封閉體的連續(xù)層。其也適用于外膜層112、119和124 ；膨潤土改造的土壤層113、118和123 ;并且一如使用一還可適用于浙青內(nèi)層111、116和121。要注意的是，整個基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的各層厚度可不均勻。重要的是層的存在，而各層厚度并不重要，只要其具有目標(biāo)功能性。熱量、溶劑、浙濾流體及類似物進(jìn)入和提取的烴、富溶劑和浙濾液排出的各種管道可位于封閉體125內(nèi)，如前文引用的2008年2月8日提交的美國申請?zhí)?2/028，569所述，在此引入其全部作為參考。層狀底、側(cè)壁和凸起的凸形冠提供絕緣，從而保持封閉空間內(nèi)的熱量，以從粉碎的含烴材料提取烴。封閉體125中保持正壓，其足以確保空氣不從周圍大氣流入貯存結(jié)構(gòu)。一些烴被提取為液體，一些烴被提取為氣體或蒸氣。一些烴凝結(jié)發(fā)生在封閉空間125中，并連同提取的液態(tài)烴可借助于適當(dāng)定位在系統(tǒng)中的一個或多個排水管(未顯示)被從封閉空間中去除。一些提取的氣體或蒸氣還可經(jīng)過封閉體的內(nèi)表面進(jìn)入基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的細(xì)粉層，其中細(xì)粉內(nèi)壁與外壁之間存在溫度梯度。因此，氣體或蒸氣冷卻和凝結(jié)。在細(xì)粉層中，由該蒸氣或氣體凝結(jié)的液體通過該層向下滲透，其也在此被通過適當(dāng)?shù)呐潘軓南到y(tǒng)去除。在細(xì)粉層中隨同封閉體中正壓凝結(jié)該蒸氣或氣體充當(dāng)自動凝結(jié)泵，將額外的蒸氣或氣體從封閉體提取至細(xì)粉層，用于進(jìn)一步凝結(jié)和烴脫除。烴從粉碎的含烴材料的脫除可隨時間造成烴貧料在封閉體中沉降。這種沉降在同樣沉降的凸起的凸形冠中產(chǎn)生壓縮應(yīng)力。這種沉降由于冠變平并向下回落導(dǎo)致冠的表面積減少，并伴隨凸起的凸形冠的層厚度增加，特別是在膨潤土改造的土壤層中。該特征保持了封閉體的完整性，并防止其內(nèi)含物暴露于外部大氣。當(dāng)沉降前不存在冠或凸起并且密封系統(tǒng)頂端基本上平行于現(xiàn)有等級時，烴從系統(tǒng)的脫除可導(dǎo)致系統(tǒng)中的沉降，該沉降可導(dǎo)致系統(tǒng)頂端逐漸更加凹陷的形狀(參見圖4)。這可在表面中和接近表面材料產(chǎn)生逐漸增大的張應(yīng)力。這些材料具有相對很低的拉伸強(qiáng)度，因此不可拉伸，導(dǎo)致系統(tǒng)破裂或打開，可使化合物從系統(tǒng)不利地脫離到環(huán)境中，并可使水進(jìn)入系統(tǒng)。如上所述，系統(tǒng)頂端冠或凸起的存在改變了沉降發(fā)生時位于系統(tǒng)內(nèi)襯基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的應(yīng)力。具體地，由于冠層上內(nèi)襯的拱形輪廓，在沉降發(fā)生時內(nèi)襯基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的應(yīng)力主要是壓縮應(yīng)力，而非張應(yīng)力。因此，隨冠沉降，層壓縮在一起一特別是角區(qū)，層失效的傾向顯著降低或消除。圖2是如圖I所示的側(cè)剖視圖，示例了由于粉碎的材料126A在封閉體125A中沉降引起的凸形凸起的冠120A的凸起減小。圖3是如圖I所示的側(cè)剖視圖，示例了粉碎的材料126B在進(jìn)一步減小的封閉體125B中沉降后，最初凸形冠120的表面積已回落至處于基本扁平位置的冠120B。在該位置上，基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)所在的整體地形基本上恢復(fù)至構(gòu)建基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)并用其從中除烴前所存在的環(huán)境。圖4是如圖I所示的側(cè)剖視圖，示例了粉碎的材料126C在封閉體125C中沉降后，已回落至基本上凹形位置的凹形冠120C，其表面積增加，這是不太希望發(fā)生的。隨向下移動進(jìn)展和冠形狀由凸形演變?yōu)榘夹?，冠壓縮應(yīng)力(平行于冠面，減少，然后變?yōu)閺垜?yīng)力(平行于冠面))，其可導(dǎo)致冠破裂，致使封閉體125C中的貧粉碎材料暴露于外部環(huán)境，并有可能使不利的蒸氣或其他材料釋放或暴露于外部環(huán)境。要注意的是，細(xì)粉層和膨潤土改造的土壤層所用的材料不具有顯著的拉伸強(qiáng)度， 因為其是微粒和/或含水材料。因此，可耐受一定最小程度的凹度，而沒有喪失基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的完整性；但是，這種耐受性是適度的，使得基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的運行和設(shè)計應(yīng)小心避免基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)最終狀態(tài)的大凹度。一個確定耐受程度的因素是基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)在除通過專用出口排出外將流體保持在基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)內(nèi)的完整性。產(chǎn)生凸起的冠的過度充填程度將是封閉體中粉碎材料和預(yù)期沉降程度的函數(shù)。這可具體問題具體分析，考慮含烴材料、尺寸和含烴土質(zhì)材料的多孔性以及本領(lǐng)域技術(shù)人員可利用的其他因素而確定。要理解的是，上文所述的安排是為示例本發(fā)明原理的應(yīng)用。因此，雖然上文已聯(lián)合本發(fā)明的示例性實施方式對本發(fā)明進(jìn)行描述，但對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員顯而易見的是，可進(jìn)行多種改變和替換安排，而沒有背離權(quán)利要求提出的本發(fā)明的原理和概念。
權(quán)利要求
1.用于沉降土質(zhì)材料的密封貯存系統(tǒng)，包括 a.內(nèi)襯貯存基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，包括底部、凸形凸起的冠部和側(cè)壁部分，所述側(cè)壁部分連接所述底部和所述凸形凸起的冠部，形成密封的封閉體，所述封閉體限定流體在所述內(nèi)襯貯存基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)外流動，所述封閉體具有至少一個流體出口 ；和 b.粉碎的土質(zhì)材料，經(jīng)歷沉降，填充所述封閉體。
2.權(quán)利要求I所述的系統(tǒng)，其中所述底部、所述凸形凸起的冠部和所述側(cè)壁部分中的每一個均至少包括內(nèi)絕緣層和外防滲密封層。
3.權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其中所述內(nèi)絕緣層和防滲密封層是跨越所述底部、所述凸形凸起的冠部和所述側(cè)壁部分的連續(xù)層。
4.權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其中所述內(nèi)絕緣層包括細(xì)粉層，所述外防滲密封層包括含水膨潤土改造的土壤層。
5.權(quán)利要求4所述的系統(tǒng)，進(jìn)一步包含防滲外膜，其外部相鄰于所述外防滲密封層。
6.權(quán)利要求4所述的系統(tǒng)，進(jìn)一步包括高溫浙青密封層，其內(nèi)部相鄰于所述細(xì)粉層。
7.權(quán)利要求4所述的系統(tǒng)，進(jìn)一步包括上覆巖層，其至少在所述凸起的冠部上。
8.權(quán)利要求3所述的系統(tǒng)，其中所述粉碎的土質(zhì)材料充當(dāng)所述凸起的冠部的支撐。
9.權(quán)利要求8所述的系統(tǒng)，其中配置所述內(nèi)襯貯存基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，使得隨著所述封閉體中所述粉碎的土質(zhì)材料由于烴脫除而沉降，所述封閉體將減小，并且所述凸形凸起的冠部將變平，使其表面積減少，同時連續(xù)密封所述封閉體隔離外部大氣。
10.權(quán)利要求8所述的系統(tǒng)，其中隨著所述凸形凸起的冠表面積變平，所述凸起的冠部變厚。
11.權(quán)利要求4所述的系統(tǒng)，其中所述細(xì)粉層足以提供溫度梯度，使得細(xì)粉內(nèi)表面溫度處于從所述封閉體中提取烴的粉碎土質(zhì)材料的加熱溫度，并且外表面的溫度不足以使所述含水膨潤土改造的土壤層脫水。
12.權(quán)利要求11所述的系統(tǒng)，其中配置所述細(xì)粉層以接收和凝結(jié)從封閉體中提取的隨同烴液體一起的烴，使得所述烴向下滲透經(jīng)過所述細(xì)粉層，伴隨大部分懸浮微粒被從所述烴中過濾和脫除。
13.權(quán)利要求I所述的系統(tǒng)，其中所述內(nèi)襯貯存基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)通過同時從基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的底向上垂直沉積材料而形成，使得所述基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)除任何含水膨潤土改造的土壤外是基本上松散的微粒材料。
14.權(quán)利要求I所述的系統(tǒng)，其中所述粉碎的土質(zhì)材料選自油頁巖、焦油砂、煤、污染土壤、金屬富礦、城市廢物及其組合。
15.形成用于沉降土質(zhì)材料的密封貯存系統(tǒng)的方法，包括 a.制備多孔凹坑，用于沉積所述密封貯存系統(tǒng)； b.以預(yù)先確定的模式、以由底向上的方式沉積多種微粒材料，形成微粒體，所述微粒體具有粉碎土質(zhì)材料的核心體，其被內(nèi)絕緣層和外防滲密封層圍繞，從而在所述粉碎土質(zhì)材料周圍形成所述密封貯存系統(tǒng)，使得所述系統(tǒng)具有上部凸形凸起的冠部，所述上部凸形凸起的冠部被配置以彌補(bǔ)所述土質(zhì)材料的沉降。
16.權(quán)利要求15所述的方法，其中所述多種微粒材料包括所述粉碎的土質(zhì)材料、作為所述內(nèi)絕緣層的粉碎的細(xì)粉、和作為所述外防滲密封層的膨潤土改造的土壤。
17.權(quán)利要求15所述的方法，其中在堆積所述微粒體時所述沉積保持基本上水平的上部外形。
18.權(quán)利要求15所述的方法，進(jìn)一步包括暫停沉積至少一次，并安置管道，所述管道被配置用作加熱和/或收集管道。
全文摘要
本發(fā)明公開了保持沉降土質(zhì)流體貯存結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)完整性的方法，包括形成內(nèi)襯貯存基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)(100)，該內(nèi)襯貯存基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)(100)包括凸形凸起的冠部(120)、底部(110)和側(cè)壁部分(115)，其將粉碎的土質(zhì)材料(126)封閉在封閉體(125)中，使得內(nèi)襯貯存化合物的流體流動被限制。凸起的冠在沉降粉碎的土質(zhì)材料的過程中隨著流體被去除而變平，變厚，并且表面積減小。凸起的冠的形狀被制成避免張應(yīng)力，否則該張應(yīng)力可導(dǎo)致內(nèi)襯貯存在沉降過程中被破壞或失效。進(jìn)一步，內(nèi)襯貯存結(jié)構(gòu)可包括本文更加具體描述的具有獨特貢獻(xiàn)的內(nèi)絕緣層和外防滲密封層。
文檔編號B65G5/00GK102947200SQ201080052627
公開日2013年2月27日 申請日期2010年11月18日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月20日
發(fā)明者J·W·帕頓 申請人:紅葉資源公司