利用结构化基层构造和相关的系统从含烃物质中回收烃的方法

利用结构化基层构造和相关的系统从含烃物质中回收烃的方法
【专利摘要】从含烃物质回收烃的方法可以包括形成结构化渗透性控制基层构造（100）。该结构化基层构造界定出基本密闭容积。粉碎的含烃物质可以被引入该控制基层构造中而形成含烃物质的可渗透体（120）。可渗透体（120）可以被充分加热以便从中移出烃诸如通过利用加热导管（118、126）。在加热过程中含烃物质基本是静止的，因为结构化基层构造（100）是固定的结构。所移出的烃可以以液态产物（136）和气态产物（140）收集以便进一步加工、在工艺中使用和/或如回收时使用。
【专利说明】利用结构化基层构造和相关的系统从含烃物质中回收烃的方法
[0001] 本申请是分案申请，原国际申请的申请日为2008年2月8日、申请号为200880010448.4 (PCT/US2008/053434)、发明名称为“利用结构化基层构造和相关的系统从含烃物质中回收烃的方法”。
[0002]相关申请
[0003]本申请要求于2007年2月9日提交的美国临时申请60/900，505、于2007年3月12日提交的美国临时申请60/906，634和于2007年5月17日提交的美国临时申请60/930，711的权益，它们每一篇通过引用并入本文。
【背景技术】
[0004]尽管价格增加以及其它经济和地理政治因素，对化石燃料的全球及国内需求持续增长。随着此类需求持续增长，对发现另外经济可行的化石燃料来源的研究和调查相应增加。历史上，很多人已经意识到例如贮存在油页岩、煤和浙青砂矿床中的大量能量。然而，这些来源就经济竞争性回收而言一直是一项有难度的挑战。加拿大浙青砂已经显示，这些尝试可以是富有成效的，尽管很多挑战仍然存在，包括环境影响、产品质量和工艺时间以及其它。
[0005]全球油页岩储量估计在两万亿到大约七万亿桶油的范围内，这取决于估计的来源。无论如何，这些储量代表着巨大的容量并且依然是基本未使用的资源。大量的公司和投资者不断研究和测试从这些储量中回收油的方法。在油页岩工业中，提取方法包括由核爆炸产生的地下碎石烟道、原位方法诸如原位变换工艺(ICP)法(Shell Oil)和在钢制造的干馏炉中燃烧。其它方法包括原位射频法(微波)以及“改良的”原位法——其中地下采矿、爆破和干馏被结合起来以从地层制造碎石，从而允许更好的燃烧和加热渗透性。渗透性通常是期望的，原因在于热解作用——其为提取烃的方法，可以在较低的能量输入下以更高的质量和更大的产量实现。
[0006]在典型的油页岩工艺中，所有的工艺都面临经济和环境因素的权衡。目前没有单独的工艺满足经济、环境和技术挑战。此外，全球变暖的问题引发解决与此类工艺相关的二氧化碳(CO2)释放的另外的措施。需要实现环境管理然而仍提供高产能量燃料输出的方法。
[0007]地下原位概念的出现基于它们产出高产量的能力同时避免采矿成本。尽管可以实现避免采矿的成本节约，但由于页岩极低的渗透性，原位方法需要较长时间加热地层，取决于其性质，该方法需要较缓慢以及较长的干馏时间以断裂并转化地层中的烃。通过利用原位方法，在容量和采矿成本节约方面可以得到收获，但是原位方法遭遇渗透性问题，这需要地层断裂以及较长的时间以产生油和气。对于任何原位方法而言可能最重大的挑战在于不确定性和可能伴随地下淡水层出现的长期潜在的水污染。在Shell的ICP方法的情况中，“冷冻壁”被用作屏障，以便在理论上维持含水层与地下处理区域之间的隔离。尽管这是可能的，但是没有长期的分析证实可长期保证防止污染。在缺乏保证以及甚至在更少补救的情况下，如果冷冻壁失败，则期望其它方法来解决此类环境危险。
[0008]由于这个原因以及其它原因，对可以从合适的含烃物质提供改进的烃回收的方法和系统仍然存在需要，所述方法和系统具有可接受的经济学并且避免了上述缺陷。

【发明内容】

[0009]按照本发明，从含烃物质回收烃的方法可以包括形成结构化渗透性控制基层构造。该结构化基层构造界定出基本密闭容积。采出的含烃物质可以被引入该控制基层构造中而形成含烃物质的可渗透体。可渗透体可以被充分加热以便从中移出烃。在加热过程中含烃物质可以基本上是静止的。所移出的烃可以被收集以进一步加工、在工艺中作为补充燃料或添加剂使用，和/或无需进一步处理而直接使用。控制基层构造可以包括完全加衬的不渗透壁或不渗透侧壁以及基本不渗透的底部和盖。
[0010]本发明能够使困难的问题得到解决，所述问题与从表面或地下开采的含烃矿床以及从收获的生物质诸如油页岩、浙青砂、褐煤、煤和生物质提取烃液和气体有关。本发明有助于降低成本、增加体积输出、减少空气排放、限制水消耗、防止地下含水层污染、改造表面扰动、减少材料处理成本、去除脏微粒以及改善回收的烃液或气体的组成，等等。本发明也用更安全的、更可预测的、工程化的、可观测的、可修复的、可修改以及可预防的水保护结构，解决了水污染问题。
[0011]本发明是采矿相关的“地上”方法，然而其不限于或束缚于常规的地上(不在原位)干馏方法。本发明对表面干馏炉的效益加以改进，包括更好地工艺控制温度、压力、注射速率、流体和气体组成、产品质量以及由于处理和加热采出的碎石而产生的更好的渗透性。按照本发明，这些优势是可得到的，同时还解决了体积、加工和可放大性问题，这是大多数已制造的表面干馏炉不能提供的。
[0012]可以从本发·明得到的其它改进与环境保护有关。在废页岩已经被采出并通过表面干馏炉之后，常规的表面干馏炉具有废页岩的问题。已经被加热改变的废页岩需要专门的处理以便从地表泄水区和地下含水层回收并分离。本发明的目的以独特联合方法解决了回收和干馏。关于也是现有表面干馏法代表性的主要问题的空气排放，本发明由于其巨大的体积容量和高渗透性，可以适应更长的加热停留时间以及因此较低的温度。在提取工艺中，低温的一个好处是来自油页岩矿砂中碳酸盐分解的二氧化碳产生可以基本上被限制，从而显著地降低CO2排放物和大气污染物。本发明独特地提供了不仅一个问题而是许多问题的解决方案，并且是以一体化的方法进行的。因而，对公众重要的利益可以在能量产生、经济机会、环境管理和能量输出方面实现。
[0013]根据下面举例阐述本发明特征的详细描述，本发明的其它特征和优势将是明显的。
【专利附图】

【附图说明】
[0014]图1是按照本发明一个实施方式的结构化渗透性控制基层构造的侧面部分剖视示意图。
[0015]图2是按照本发明一个实施方式的多个渗透性控制蓄积池的顶视图和平面图。
[0016]图3是按照本发明一个实施方式的渗透性控制蓄积池的侧面剖视图。[0017]图4是按照本发明实施方式的结构化基层构造的一部分的示意图。
[0018]图5是显示按照本发明另一实施方式的两个渗透性控制蓄积池之间传热的示意图。
[0019]应当注意，所述附图仅仅是例证本发明的几个实施方式并且因此无意限定本发明的范围。此外，所述附图一般未按比例绘制，而是为在图解本发明的各方面时方便和清晰起见而草拟的。
【具体实施方式】
[0020]现在将参考示例性实施方式，并且在此将使用特定的语言来描述所述示例性实施方式。然而应当理解，在此无意限定本发明的范围。本文所述的本发明特征的改变和进一步的修改以及如本文所述的本发明原理的另外应用——其是相关领域并且已经拥有该公开内容的技术人员将会想到的，被认为在本发明的范围内。此外，在本发明的特定实施方式被公开和描述之前，应当理解，本发明不限于本文公开的具体方法和材料，因为这些在一定程度上可以变化。还应当理解，本文所用的术语仅用于描述特定实施方式的目的，并且不意图是限定性的，因为本发明的范围仅由所附的权利要求及其等价物限定。
[0021]定义
[0022]在描述和要求保护本发明时，将使用下列术语。[0023]单数形式“一个(a)”、“一个(an)”和“该(the)”包括复数指代，除非上下文另外明确规定。因此，例如，对“壁(a wall)”的指代包括指一个或多个此类结构，“可渗透体(apermeable body)”包括指代一个或多个此类物质，以及“加热步骤(heating step)”指的是一个或多个此类步骤。
[0024]如本文所用，“参考水准面以下(below grade) ”和“地基(subgrade) ”是指在结构化构造下面支持土壤或泥土的基础。因此，当岩石、土壤或其它物质从一位置移走或挖掘时，表面参考水准面遵循该挖掘的轮廓。术语“原位”、“在地层中”和“地下”因此是指在参考水准面以下的活动或位置。
[0025]如本文所用，“导管(conduit)”是指沿着指定距离的任何通路，其可用于从一个地点向另一个地点运送物质和/或热。尽管导管通常可以是圆形的管，但是其它非圆形的导管也可以是有用的。导管可以有利地用于将液体引入可渗透体中或从该可渗透体提取液体、进行传热和/或输送射频装置、燃料电池机构、电阻加热器或其它装置。
[0026]如本文所用，“结构化基层构造(constructed infrastructure) ”是指基本上全部是人造的结构，其与通过修改或填充已有地质地层的孔而形成的冷冻壁、硫壁或其它屏障相反。
[0027]结构化渗透性控制基层构造优选基本上不含原状地质地层，尽管该基层构造可以邻近或直接接触原状地层而形成。此种控制基层构造可以是独立的或通过机械方法、化学方法或此类方法的组合连接至原状地层，例如利用锚、系材或其它适当的硬设备螺栓连接到该地层中。
[0028]如本文所用，“粉碎的”是指将地层或较大的团块破裂成碎块。粉碎的团块可以被破碎或以其他方式破裂成碎片。
[0029]如本文所用，“含烃物质”是指从中可以提取或得到烃类产品的任何含有烃的物质。例如，烃可以直接作为液体提取、经由溶剂提取而移出、直接蒸发或以其他方式从该物质中移出。然而，许多含烃物质含有通过加热和热解作用而被转化为烃的干酪根或浙青。含烃物质可以包括但不限于油页岩、浙青砂、煤、褐煤、浙青、泥煤及其他富含有机物岩石。
[0030]如本文所用，“蓄积池(impoundment) ”是指设计来容纳或保持液态和/或固态可移动物质累积的结构。蓄积池通常源于至少一大部分地基和来自土地物质的结构支撑。因此，本发明的控制壁不总是具有与形成它们的土地物质和/或地层无关的独立强度或结构完整性。
[0031]如本文所用，“可渗透体”是指具有相对高渗透性的任何粉碎的含烃物质的块，所述相对高的渗透性超过相同组成的固态原状地层的渗透性。适合用于本发明的可渗透体可以具有大于大约10%的空隙体积以及通常具有大约20%至40%的空隙体积，尽管其它范围可以是合适的。允许高渗透性促进了通过对流作为主要的传热而对可渗透体的加热，同时也大大降低了与压碎成微细大小相关的成本，例如低于大约I到大约0.5英寸。
[0032]如本文所用，“壁”是指具有渗透性控制作用以将物质限制在至少部分由控制壁限定的密闭容积内的任何结构化特征。壁可以以任何方式定向，诸如垂直的，尽管界定该密闭容积的顶、底及其它外形也可以是如本文所用的“壁”。
[0033]如本文所用，“采出的”是指已经从最初的色层分离位置或地质位置移到或扰动到第二以及不同位置的物质。通常，采出物质可以通过破碎、压碎、爆炸引爆或其他方式从地质地层中移出物质而产生。
[0034]如本文所用，“基本静止的”是指当烃从含烃物质移出时，几乎不动的物质定位，由于爆米花效应，其具有一定程度的下沉、膨胀余量，和/或沉降。相反，含烃物质的任何循环和/或流动，诸如在 流化床或旋转干馏炉中发现的，包括含烃物质的高度显著移动和处理。
[0035]如本文所用，“基本的”当用于指物质的量或数量或其具体特征时，是指足以提供该物质或特征被意图提供的效应的量。可允许的精确的偏差度在一些情况下可取决于具体的上下文。类似地，“基本上不含的”等是指在组成中缺乏所指的元素或物质。特别地，被鉴定为“基本不含的”的元素或者完全不存在于组成中，或者仅以足够小以致对该组成不具有可测量影响的量被包括。
[0036]如本文所用，“大约”是指基于代表所指特定性质的实验误差的偏差度。术语“大约”提供的范围将取决于具体的上下文以及特定的性质并且是本领域技术人员能够容易辨别的。术语“大约”不意欲扩大或限制可另外被赋予特定值的等价物的程度。此外，除非另有说明，术语"大约"将明确地包括“精确地”，与下面关于范围和数值数据的讨论一致。
[0037]浓度、尺寸、数量及其他数值数据在此可以以范围形式呈现。应当理解，这样的范围形式仅仅为方便以及简洁起见而使用的，并且应当被灵活地解释为不仅包括作为该范围界限明确叙述的数值，而且包括包含在该范围内的全部单个数值或亚范围，如同各数值以及亚范围被明确地叙述。例如，大约I至大约200的范围应当被解释为不仅包括明确叙述的I和大约200界限，而且包括单个大小，诸如2、3、4、以及亚范围诸如10至50、20至100
坐寸ο
[0038]如本文所用，为方便起见，多个项、结构成分、组成元素和/或物质可以在共同列表中呈现。然而，这些列表应当被理解为如同该列表的每个成员各自地被确定为单独且独特的成员。因此，在没有相反表示的情况下，此类列表的单个成员都不应当仅仅基于它们呈现在一个共同组中而被解释为同一列表任何其它成员的事实上的等价物。
[0039]本发明的实施方式
[0040]按照本发明，从含烃物质回收烃的方法可以包括形成结构化渗透性控制基层构造。该结构化基层构造界定出基本密闭容积。采出的或收获的含烃物质可以被引入该控制基层构造中而形成含烃物质的可渗透体。可渗透体可以被充分加热以便从中移出烃。在加热过程中含烃物质可以基本上是静止的，因为结构化基层构造是固定的结构。所移出的烃可以被收集以进一步加工、在工艺中使用和/或如回收时使用。
[0041]本发明这些方面的每一方面在下面进一步详细地描述。结构化渗透性控制基层构造可以利用现有的参考水准面作为该结构化基层构造的底部支撑和/或作为侧壁支撑而形成。例如，控制基层构造可以作为独立式结构形成，即仅仅利用现有参考水准面作为底部，其中侧壁是人造的。可选地，控制基层构造可以在挖掘的坑内形成。无论如何，本发明的控制基层构造总是在参考水准面以上形成。 [0042]本发明的结构化渗透性控制基层构造可以包括渗透性控制蓄积池，其界定出基本密闭容积。本发明的渗透性控制蓄积池基本上不含原状地质地层。具体而言，蓄积池的渗透性控制方面可以被完全结构化并且人造为单独的隔离机构，用以防止物质不受控制的移动到密闭容积中或移动出密闭容积。
[0043]在本发明的一个实施方式中，渗透性控制蓄积池可以沿着挖掘的含烃物质矿床的壁形成。例如，油页岩、浙青砂或煤可以从矿床中采出以形成大约对应于期望的蓄积池密闭容积的凹穴。所挖掘的凹穴然后可以用作建立渗透性控制蓄积池的形状和支撑。
[0044]在本发明的一个可选方面，至少一个另外的已挖掘含烃物质矿床可以形成，以便可以操作多个蓄积池。此外，这样的构造可以促进采出物质的运输距离减小。具体地，用于任何特定密闭容积的采出含烃物质可以从相邻的已挖掘含烃物质矿床中采出。以此种方式，可以建造结构化构造的网格，以便采出的物质可以被立即且直接地装填到相邻的蓄积池中。
[0045]含烃矿床的采矿和/或挖掘可以利用任何合适的技术完成。可以使用常规的露天采矿，尽管也可以利用可选的挖掘机而不必要求输送所采出的物质。在一个具体的实施方式中，含烃矿床可以利用起重机悬挂的挖掘机挖掘。适当的挖掘机的一个实例可以包括垂直式隧道开挖机。这样的机器可以被配置来挖掘在挖掘机下面的岩石和物质。随着物质被移走，挖掘机被降低以确保与地层基本上连续接触。被移走的物质可以利用运输机或升降机传送出挖掘区域。可选地，挖掘在含水泥浆条件下进行，以降低灰尘问题并且充当润滑剂/冷却剂。泥浆物质可以被泵出挖掘处，以在沉降槽或其它类似固体-液体分离器中进行固体分离，或者可以使固体直接在蓄积池中沉淀。这种方法可以容易地与同时或顺序进行的基于溶液的金属及其他物质的回收结合起来，如下面更详细的描述。
[0046]此外，渗透性控制蓄积池的挖掘和形成可以同时完成。例如，挖掘机可以被配置来移出含烃物质同时形成蓄积池的侧壁。物质可以仅从侧壁边缘的下面移走，以便该壁可以向下导入，从而允许另外的壁段叠在上面。这种方法可以允许增加深度同时在支撑性蓄积池壁形成之前避免或降低坍塌的危险。
[0047]蓄积池可以由任何适宜的材料形成，该材料使通过蓄积池壁的物质传递得以隔离。以这样的方式，在控制基层构造作业期间，壁的完整性被保持得足以基本上阻止流体不受控制的移动到控制基层构造的外面。用于形成结构化渗透性控制基层构造的蓄积池的适当材料的非限定性实例可以包括粘土、膨润土(例如包含至少一部分膨润土的粘土)、压实填充物、耐火水泥、水泥、合成的土工格栅、玻璃纤维、钢筋、纳米碳富勒烯(fulIerene)添加剂、填充的土工布袋、聚合物树脂、耐油的PVC衬里或其组合。改造的水泥复合物(ECC)(纤维水泥复合材料，engineered cementitious composite)材料、纤维增强的复合材料等可以是特别坚固的并且可以被容易改造以满足特定装置的渗透性和温度容限要求。作为一般的方针，在基层构造的操作温度下具有低渗透性和高机械完整性的材料是优选的，但不是必需的。例如，熔点在基层构造最大操作温度以上的材料可以用于在加热和回收期间以及之后保持防漏(containment)。然而，如果非加热缓冲区被保持在壁与可渗透体的加热部分之间，也可以使用较低温度的材料。此类缓冲区可以在从6英寸到50英尺的范围内，这取决于用于蓄积池的特定材料以及可渗透体的组成。在本发明的另一个方面，蓄积池的壁可以是耐酸、耐水和/或耐盐水的，例如足以耐受暴露于溶剂回收和/或用酸性或盐水溶液的漂洗，以及蒸汽或水。对于沿着地层或其它固体支撑而形成的蓄积池壁，该蓄积池壁可以由喷涂水泥浆、喷涂液体乳液或其它喷射材料诸如可喷涂的耐火级水泥浆形成，所述可喷涂的耐火级水泥浆针对地层形成密封并产生本发明的渗透性控制蓄积池壁。蓄积池壁可以是基本上连续的，以便蓄积池形成足以阻止流体除进口和出口一例如如本文讨论经由导管等一一以外大量移入蓄积池或从蓄积池移出的密闭容积。以此种方式，本发明的蓄积池可以容易地满足政府流体运移规章。可选地，或与制造的屏障结合，部分蓄积池壁可以是原状地质地层和/或压实土。在此情况下，结构化渗透性控制基层构造是可渗透和不可渗透壁的结合，如在下面更详细地描述。[0048]在本发明的一个详述的方面，一部分含烃物质，处理前或处理后的，可以被用作水泥加固和/或水泥基底，其然后在适当位置被倾注，以形成控制基层构造的部分或全部的壁。这些物质可以在适当位置形成或者可以预先形成，然后在现场组装而形成整体蓄积池建筑物。例如，蓄积池可以通过在适当位置作为整体铸造成形、挤出、预成形或预制件堆叠、通过水泥浆(水泥、ECC或其它适当的物质)连接的混凝土板材、膨胀形式等而建造。这些形式可以依着地层建成或者可以是独立的结构。形式可以由任何适当的材料建造，诸如但不限于钢、木材、玻璃纤维、聚合物等。形式可以在适当位置组装或可以利用起重机或其它适当的机构定向。可选地，结构化渗透性控制基层构造可以由用致密充填材料按层组装的筐和/或土工合成织物形成。可以添加任选的粘合剂，以增强渗透性控制壁的致密性。在本发明的又一详述方面，控制基层构造可以包含或主要由密封剂、水泥浆、钢筋、合成粘土、膨润土、粘土衬砌、耐火水泥、高温土工膜、排水管、合金片或其组合组成。
[0049]在一个实施方式中，蓄积池壁和底部的结构可以包括固有的或操纵的低质页岩与砂、水泥、纤维、植物纤维、纳米碳、碎玻璃、增强钢、改造的碳增强栅格、钙等的任何组合的多个压实层。除此类复合材料壁之外，可以采用通过其它不渗透性工程而防止长期的流体和气体移动的设计，其包括但不限于衬里、土工膜、压实土、输入砂、砂砾或岩石和重力排水外形，以使流体和气体远离不透水层而移动到出口。蓄积池底部和壁结构可以但不必包括上阶的或下阶的斜坡或台阶，因为采矿过程的情况可以规定遵循最佳矿石品级采矿。在任何这样的上阶的或下阶的应用中，底部水平和防漏壁结构通常可以向一侧或特定的中央储集区(或多个储集区)排出或倾斜，以通过重力排水帮助而去除流体。[0050]任选地，密闭容器壁和底部构造可以包括绝缘体，其防止热从结构化基层构造向外传递或从主结构化密闭防漏容器内的内部密闭容器或导管向外传递。绝缘体可以包括已制造的材料、水泥或各种其它材料，其比周围物体即可渗透体、地层、相邻的基层构造等的导热性小。绝热屏障也可以在可渗透体内、沿着蓄积池壁、顶和/或底部而形成。本发明的一个详述方面包括利用可生物降解的绝缘物质，例如大豆绝缘体等。这与本发明这样的实施方式一致，其中蓄积池是单一应用体系，以便绝缘体、管和/或其它部件可以具有相对低的使用寿命，例如小于1-2年。这可以降低设备成本以及减少长期的环境影响。
[0051]本发明的结构和方法可以在几乎任何规模下应用。较大的密闭容积和增加的蓄积池数目可以容易地生产比得上或超过较小结构化基层构造的烃类产品和性能。作为一例证，单蓄积池的大小可以从数十米到数十英亩。最适宜的蓄积池尺寸可以根据含烃物质和操作参数而变，然而，预期适当的面积范围可以为顶部平面表面积中从大约二分之一英亩到五英亩。
[0052]本发明的方法和基层构造可以用于从多种含烃物质中回收烃。本发明的一个特别的优势是在控制被引入密闭容积中的可渗透体的颗粒大小、条件和组成方面的宽自由度。可以被处理的采出的含烃物质的非限定性实例包括油页岩、浙青砂、煤、褐煤、浙青、泥煤或其组合。在一些情况中，可以期望的是提供单一类型的含烃物质，以便可渗透体主要由上述物质之一组成。然而，可渗透体可以包括这些物质的混合物，以便等级、含油量、含氢量、渗透性等可以被调节以达到期望的结果。此外，不同的烃物质可以处于多个层中或处于混合的方式诸如组合煤、油页岩、浙青砂、生物质和/或泥煤。
[0053]在一个实施方式中，基于优化的原因，含烃物质可以被划分入在主结构化基层构造内的各个内部密闭容器中。例如，当油页岩地层被采矿时，被采矿的油页岩地层的层和深度可能在某些深度的生产层中更富集。一旦进行爆炸、采矿、铲起和拖拉到密闭容器内以便于放置，更富集的含油矿石可以通过富集度来分类或混合，以实现最佳产量、更快的回收，或者实现在各蓄积池内的最佳平均。此外，提供不同组成的层可以具有增加的益处。例如，浙青砂的下层可以在油页岩的上层下面定向。通常，该上下层可以彼此直接接触，尽管这不是必要的。上层可以包括嵌入其中的加热管，如在下面更详细的描述。加热管可以加热油页岩，以足够释放干酪根油一·包括短链液烃，其可以充当从浙青砂中去除浙青的溶剂。以这种方式，上层作为原位溶剂来源，用于增强从下层移出浙青。在下层内的加热管是任选的，这样该下层可以不含加热管或者可以包括加热管，这取决于从上层和任何其它热源经由向下传递液体而传递的热的量。选择性控制可渗透体的特征和组成的能力在最佳化油产量和质量方面增加了显著量的自由度。
[0054]此外，在本发明的许多实施方式中，所释放的气态和液态产品充当原位生产的溶剂，其增强干酪根移出和/或从含烃物质中另外的烃移出。
[0055]在本发明的又一详述方面，可渗透体可以进一步包含添加剂或生物质。添加剂可以包括任何成分，其作用是增加所移出的烃的质量，例如API增加、粘度减小、流动特性改善、剩余页岩的润湿降低、硫减少、氢化剂减少等。适当的添加剂的非限定性实例可以包括浙青、干酪根、丙烷、天然气、天然气凝析油、原油、精炼底部物质、浙青质、常用溶剂、其它稀释剂和这些物质的组合。在一个具体的实施方式中，添加剂可以包括流动改善剂和/或氢供体剂。一些物质可以充当两种或任一种试剂以改善流动或作为氢供体。此类添加剂的非限定性实例可以包括甲烷、天然气凝析油、常用溶剂诸如丙酮、甲苯、苯等，及上面列举的其他添加剂。添加剂可以用于增加任何烃类产品中氢碳比率，以及充当流动增强剂。例如，各种溶剂及其他添加剂可以产生物理混合物，其对于固体颗粒、岩石等具有降低的粘度和/或降低的亲合性。此外，一些添加剂可以与烃化学反应和/或允许烃类产品的液体流动。所使用的任何添加剂可以变成最终回收产品的一部分或者可以被移出并再利用或者另外处理。
[0056]类似地，含烃物质的生物羟基化作用以形成合成气或其它轻质产品可以利用已知的添加剂和方法来完成。也可以以类似的方式使用其他酶或生物催化剂。此外，人造物质也可以被用作添加剂，诸如但不限于轮胎、聚合废品或其它含烃物质。
[0057]尽管本发明的方法可广泛应用，但是作为一般的方针，可渗透体可以包括从大约1/8英寸到大约6英尺的颗粒，并且在一些情况中小于I英尺，而在其它情况下小于大约6英寸。然而，作为实际情况，大约2英寸到大约2英尺的尺寸可以提供优良的结果，特别是大约I英尺直径可用于油页岩。空隙空间可以是决定最佳颗粒直径的一个重要因素。作为一般的情况，可以使用任何功能的空隙空间；然而，大约15%到大约40%并且在一些情况中大约30%通常提供渗透性与可用体积有效利用之间的优良平衡。通过改变其它参数诸如加热导管位置、添加剂等，空隙体积可以稍微变化。采出的含烃物质的机械分离使得能够产生细网目、高渗透性的颗粒，其一旦被放入在蓄积池内的密闭容器中则会提高散热率。增加的渗透性允许更合理的低温，其也有助于避免高温，该高温引起更多CO2产生自碳酸盐分解，以及相应释放出痕量重金属、挥发性有机物以及可产生有毒流出物和/或不期望物质的其它化合物，这些有毒流出物和/或不期望物质必须被监控和控制。
[0058]在一个实施方式中，计算机辅助的采矿、矿山设计、拖运、爆炸、分析、装载、运输、安置和防尘措施可以被用于满足和最佳化采出物质运动到结构化密闭防漏结构中的速度。在本发明的一个可选方面，本发明的蓄积池可以在含烃地层的挖掘体积中形成，尽管远离控制基层构造的其它位置也可以是有用的。例如，一些含烃地层具有相对薄的烃富集层，例如小于大约300英尺。因此，陡直采矿和钻孔往往不是成本有效的。在此情况下，水平采矿可以用于回收含烃物质，形成可渗透体。尽管水平采矿一直是一种挑战性的尝试，但是许多技术已经被开发，并且继续在开发，其可以与本发明结合使用。在此情况下，蓄积池的至少一部分可以跨越水平层形成，而该蓄积池的其它部分可以沿着和/或邻近非含烃地层形成。其它采矿方法诸如但不限于房柱式采矿可以提供具有最小限度浪费的有效含烃物质来源，和/或可以被运输到蓄积池并按照本发明处理的回收。
[0059]如本文所述，关于可以针对特定装置进行设计并最优化的可渗透体的性质和特征，本发明允许较大程度的控制。蓄积池，单独地以及跨越多个蓄积池，可以基于物质的不同组成、想要的产品等而容易地进行修整和分类。例如，几个蓄积池可以用于生产重质原油，而其它的可以被配置用于生产轻质产品和/或合成气。潜在的分类和因素的非限定性实例可以包括催化剂活性、针对特定产品的酶促反应、芳族化合物、含氢量、微生物菌株或目的、升级处理、目标最终产品、压力(实现产品质量和类型)、温度、膨胀性能、水热反应、氢供体剂、热附加处理(superdisposition)、垃圾蓄积池、污水蓄积池、可再用的管道及其他。典型地，这些因素中的多个可用于在给定的工程区基于不同的产品和目的来构建蓄积池。[0060]粉碎的含烃物质可以以任何适当的方式被填充到控制基层构造中以形成可渗透体。一般地，粉碎的含烃物质可以通过倾卸、传送带或其它适当的方法被输送到控制基层构造中。如前面叙述，可渗透体可以具有适当高的空隙体积。无选择的倾卸可以导致过度的压实和空隙体积降低。因此，可渗透体可以通过将含烃物质低压实输送到基层构造中而形成。例如，随着可渗透体被形成，收回的传送带可用于将物质递送到该可渗透体的顶面附近。以这种方法，含烃物质可以保持颗粒之间大的空隙体积，而没有显著的进一步压碎或压实，尽管当可渗透体被形成时 存在一些经常由岩石静压力引起的小压实程度。
[0061]一旦期望的可渗透体已经在控制基层构造之内形成，则可以引入足以开始移出烃的热，例如通过热解作用。适当的热源与可渗透体热相关。在可渗透体之内的最佳操作温度可以取决于组成和期望的产品改变。然而，作为一般的方针，操作温度可以从大约200 °F到大约750 T。整个密闭容积的温度变化可以改变并且在一些区域可以达到高达900 T或以上。在一个实施方式中，操作温度可以是相对较低的温度，以促进液态产物的生产，诸如从大约200 °F到大约650 T。该加热步骤可以是焙烧作业，其导致对可渗透体的压碎矿石的选矿。进一步，本发明的一个实施方式包括控制温度、压力及其他变量，其足以主要产生液体产物以及在一些情况下基本上仅产生液态产物。通常，产品可以包括液态和气态产物，而液态产物可以要求更少的加工步骤诸如洗涤机等。可渗透体相对高的渗透性允许生产液态烃产品以及最小化气态产物，这在某种程度上取决于特定的原材料和操作条件。在一个实施方式中，烃类产品的回收基本上可以在可渗透体内缺乏裂缝的情况下进行。
[0062]在本发明的一个方面，热可以通过对流被传递到可渗透体。加热的气体可以被注入控制基层构造中，以便当加热气体贯穿可渗透体时该可渗透体主要通过对流被加热。加热气体可以通过天然气、烃产品或任何其它适当的来源的燃烧而产生。加热气体可以从外部来源输入或者从本发明的工艺回收。
[0063]可选地，或与对流加热结合，高度可配置的方法可以包括将多个导管嵌入可渗透体内。导管可以被配置用作加热管、冷却管、传热管、排水管或气体管。进一步，在基层构造操作期间，导管可以用于单一功能或者可以用于多种功能，即传热和排水。取决于预期功能，导管可以由任何适当的材料形成。适当的材料的非限定性实例可以包括陶瓷管、耐火水泥管、难熔ECC管、现场浇筑管、金属管诸如铸铁、不锈钢等、聚合物诸如PVC和类似物。在一个特定实施方式中，所有的或至少一部分嵌入导管可以包含可降解的材料。例如，非镀锌6"铸铁管可以有效地用于单用途实施方式，并且其在蓄积池的有效期限内运行优良，一般地小于大约2年。进一步，多个导管的不同部份可以由不同的材料形成。现场浇筑管可以特别用于非常大的密闭容积，其中管径超过几英尺。这样的管可以利用以环形形状保持粘性流体的软外罩形成。例如，PVC管连同软外罩一起可被用作该形式的一部分，其中混凝土或其它粘性流体被泵送入PVC与软外罩之间的环形空间中。取决于预期功能，可以在导管中制造穿孔或其它孔以允许流体在导管与可渗透体之间流动。典型的操作温度超过常规聚合物和树脂管的熔点。在一些实施方式中，导管可以被放置和定向，以便导管在基层构造的操作期间有意熔化或以其它方式降解。
[0064]多个导管可以以任何结构被容易地定向，无论是基本上水平的、垂直的、倾斜的、分枝的还是其它形式。在将导管嵌入可渗透体内之前，导管的至少一部分可以沿着预定的通道定向。预定通道可以被设计来改善传热、气-液-固接触，最大化在密闭容积内的流体从特定区域的输出或移出等。进一步，至少部分导管可以用于加热可渗透体。这些加热导管可以被选择性穿孔，以允许加热气体或其它流体对流加热可渗透体并在整个可渗透体中混合。穿孔可以被定位并调整大小以在整个可渗透体中最优化均匀和/或可控的加热。可选地，加热导管可以形成闭合环路，以便加热气体或流体与可渗透体隔离。因此，“闭合环路”不一定需要再循环，而是需要加热流体与可渗透体隔离。以这样的方式，加热可以主要地或基本上仅通过从加热流体热传导通过导管壁进入可渗透体中而完成。在闭合环路中加热允许防止在加热流体与可渗透体之间的传质，并且可以降低气态烃类产品的形成和/或提取。
[0065]在可渗透体的加热或烘烧期间，超过母岩分解温度的局部加热区域——经常在大约900 T之上，可降低产率并形成二氧化碳以及可导致含有重金属、可溶性有机物等的淋出液的不期望污染化合物。本发明的加热导管可以允许基本上消除此类局部化加热部位，同时将大多数可渗透体维持在期望的温度范围之内。温度的均匀程度可以是成本(例如，另外的加热导管)对产率的平衡。然而，至少大约85%的可渗透体可以容易地维持在大约5-10%的目标温度范围之内，而基本上没有加热部位，即超过含烃物质的分解温度诸如大约800 及在很多情况下大约900 T。因此，如本文所述操作，本发明的系统可以允许回收烃同时消除或基本上避免生产不希望的淋出液。尽管取决于原材料，产品可以显著地改变，但是高质量液态和气态产物是可能的。按照本发明的一个实施方式，压碎的油页岩物质可以产生具有从大约30到大约45的API的液态产物，其中大约33到大约38是现在典型的，其直接来自油页岩而没有附加处理。有趣地，本发明的实践导致这样的理解:对于所回收的烃质量，压力似乎是比温度和加热时间影响小得多的因素。尽管取决于空隙空间、可渗透体的组成、质量等，加热时间可以显著地改变，但是作为一般方针，时间可以在从几天(即3-4天)到大约一年的范围内。在一个具体实例中，加热时间可以在大约2周到大约4个月的范围内。在较短的停留时间，即几分钟到几小时，加热不足的油页岩可以导致可滤取和/或稍微挥发性的烃形成。因此，本发明允许在中等温度下延长停留时间，以便存在于油页岩中的有机物可以被挥发和/或碳化，留下少量的可滤取有机物。另外，下面的页岩通常不分解或改变，这减少可溶性盐的形成。
·[0066]此外，导管可以在多个蓄积池和/或控制基层构造之中定向，以在所述结构之间转移流体和/或热。导管可以利用常规焊接等彼此焊接。此外，导管可以包括允许在可渗透体中物质膨胀和沉降期间旋转和/或少量运动的接合点。另外，导管可以包括支撑系统，其在装填密闭容积之前和期间以及在操作期间用于支撑导管组件。例如，在流体的加热流动期间，加热等可以引起膨胀(压裂或爆米花效应)或下沉，其在导管和相连的接合点上足以产生潜在破坏性的应力和应变。桁架支撑系统或其它类似的固定构件可以用于降低对导管的损害。固定构件可以包括水泥砖、I字梁、钢筋、柱等，其可以与蓄积池的壁相联，包括侧壁、底部和顶部。
[0067]可选地，在将任何开采物质引入密闭容积内之前，导管可以被完全构造并装配。在设计导管的预定通道以及填充该体积的方法时要谨慎并进行规划，以防止当导管被埋入时在填充过程中破坏该导管。因此，按一般规则，用于本发明的导管从开始起或者在嵌入可渗透体之前即被定向，以便它们不被钻孔。因此，可以在不进行大规模的取心钻进和/或与井筒或水平钻孔有关的复杂机械时完成导管的构建及其布置。相反地，导管的水平或任何其它方向可以通过在用采出的含烃物质填充基层构造之前或与此同时装配期望的预定通道而容易地完成。以各种几何图案定向的非钻孔、手放置/起重机放置的导管可以布置有阀控制的连接点，其在密闭蓄积池内产生精确的且密切地监控的加热。放置和分层布置导管的能力包括连接、支路和流量阀以及直接注入和退出点，其允许精确温度和加热速率、精确压力和增压率以及精确流体和气体入口、出口以及组成混合物。例如，当使用细菌、酶或其它生物材料时，可以在可渗透体各处容易地保持最佳温度，以增加此类生物材料的性能、反应和可靠性。
[0068]导管通常在不同的点处通过结构化基层构造的壁。由于温差和容限，在壁与导管之间的界面处包括绝缘材料可以是有益的。该界面的尺寸可以被最小化，同时在基层构造启动、稳态运行、波动操作条件和停工期间还允许热膨胀差异的空间。该界面还可以包括绝缘材料和密封装置，其防止烃或其它物质从控制基层构造中不受控制的释放。适当材料的非限定性实例可以包括高温垫圈、金属合金、陶瓷、粘土或矿物质衬垫、复合材料或者其它具有高于典型操作温度的熔点的物质，并且其充当由控制基层构造的壁提供的渗透性控制的延长部分。
[0069]此外，结构化基层构造的壁可以被配置以最小化热损失。在一个方面，该壁可以被构造具有基本均匀的厚度，该厚度被最佳化以提供足够的机械强度，同时还最小化导管所经过的壁材料的体积。具体地，过于厚的壁可减少通过经由传导吸收热而被传递进入可渗透体的热的量。反之，该壁还可以充当热屏障以便在操作期间一定程度上隔绝可渗透体并保持其中的热。[0070]在一个实施方式中，在可渗透体内的流体和气体化合物可以利用例如通过气体的诱导压力或来自堆积碎石的堆积岩石静压力而改变为期望的提取产品。因此，一些程度的提级和/或改性可以与本发明的回收过程一起完成。此外，某些含烃物质可需要利用特定的稀释剂或其它物质来处理。例如，按照众所周知的机理，浙青砂的处理可以通过蒸汽注入或溶剂注射以促进浙青从砂粒中分离而容易地完成。
[0071]牢记上述描述，图1描绘了本发明一个实施方式的侧视图，其显示了修建的密闭防漏和提取蓄积池100，其中现有的参考水准面108被主要用作不渗透性底层112的支撑。外部密闭蓄积池侧壁102提供了防漏并且可以但是不必由内壁104细分。细分可以在蓄积池100的更大密闭防漏容器内产生单独的防漏密闭容器122，其可以是任何几何形状、大小或细分部分。此外，细分可以是水平或垂直堆叠的。通过产生单独的防漏密闭容器122或室，低级物质、各种气体、各种液体、各种处理阶段、各种酶或微生物学类型的或者其它期望的和分段的处理的分类可以被容易地容纳。被构造为较大结构化密闭容器内的筒仓的分开的密闭容器还可以被设计，以提供分段和顺序的处理、温度、气体和流体组成以及热转移。这样的分开的密闭容器可以提供另外的环境监测以及可以由类似于主外壁的顺排和加工的尾部护台(tailing berm)建造。在一个实施方式中，在蓄积池100内的分开部分可用于在缺乏外部加热的情况下隔离地放置物质，或者意图限制或控制燃烧或者溶剂应用。具有较低含量的烃的物质可以用作燃烧材料或作为填充或护壁建造材料。不满足各种截止级阈值的物质还可以被隔离，而无需对致力于此种目的的蓄积池改变。在此类实施方式中，这样的区域可以被完全隔离或者热、溶剂、气体、液体等绕道通过它。任选的监视装置和/或设备可以永久地或暂时地安置在蓄积池内或者蓄积池的外周，以便确认被隔离物质被防漏。
[0072]壁102和104以及盖116和不渗透层112可以由筐146和/或填充压实而分层布置的土工格栅148来建造并加固。可选地，这些壁102、104、116和112——其构成渗透性控制蓄积池和一起限定了密闭容积一可以由如前所述的任意其它合适的材料形成。在该实施方式中，蓄积池100包括侧壁102和104，它们是自支承式的。在一个实施方式中，尾部护台(tailing berms)、壁以及底部可以基于结构以及渗透性而被压实并建造。在渗透性控制层之前或与渗透性控制层一其可以包括砂、粘土、膨润土、砂砾、水泥、水泥浆、钢筋水泥、耐火水泥、绝缘体、土工膜、排水管、穿透加热管的耐热绝缘体等——结合，可以包括应用压实的土工格栅及其它锚定物结构用以支撑护台和堤。
[0073]在一个可选实施方式中，渗透性控制蓄积池可以包括为压实土和/或原状地质地层的侧壁，而盖和底部是不渗透性的。具体地，在这样的实施方式中，不渗透性盖可用于防止挥发物和气体从蓄积池不受控制的逸出，以便可以使用适当的气体收集出口。类似地，不渗透性底部可用于容纳和引导所收集的液体至适当的出口诸如排放系统133，以从蓄积池的较低区域移出液体产品。尽管在一些实施方式中不渗透性侧壁可以是期望的，但是此类不渗透性侧壁并不总是需要。在一些情况下，侧壁可以是暴露的原状土或压实的填充物或土或者其它渗透性材料。具有可渗透侧壁可允许来自蓄积池的一些小的气体和/或液体出□。
[0074]在结构化密闭防漏容器的上面、下面、周围以及附近，环境水文学测量装置可以被建造以便在作业期间将地表水重新引导远离密闭壁、底部、盖等。此外，重力辅助的排水管和机构可以被用于聚集和引导密闭容积内的流体、液体或溶剂根据需要到达中央聚集管、泵送管、冷凝管、加热管、分段和排放管、筒仓、槽和/或井。以类似的方式，可以再循环有意引入的蒸汽和/或水，例如用于浙青砂浙青处理。
[0075]一旦壁结构102和104已经在结构化和不渗透性底层112——其始于地表面106——之上被构造，采出的碎石120 (其可以按照大小或烃富集度被压碎或分级)可以分层放置在所布置的管状加热管118、流体排放管124和或气体聚集或注射管126上(或紧挨着它们)。这些管可以被定向并且以任何最佳流型、角度、长度、大小、体积、交叉、栅格、壁大小、合金结构、射孔设计、注射速率和提取率来设计。在一些情况下，管诸如那些用于传热的管可以被连接至热源134、再循环通过热源134或从热源134取得热。可选地或结合地，回收的气体可以通过冷凝塔140被冷凝。通过该冷凝塔回收的热可以任选地被用于可渗透体的补充加热或用于其它处理需要。
[0076]热源134可以取得、增强、聚集、产生、结合、分离、传递或包括源自任何适当的热源的热，所述适当的热源包括但不限于燃料电池、固体氧化物燃料电池、太阳能源、风源、液态烃或气体燃烧加热器、地热热源、核电站、燃煤电厂、射频发热、波能、无焰燃烧室、自然分布的燃烧室或其任何组合。在一些情况下，可以使用电阻加热器或其它加热器，尽管固体氧化物燃料电池和基于燃烧的加热器是目前优选的。在一些场所，地热水可以以足够的量循环到表面以加热可渗透体并且被引入基层构造中。
[0077]在另一个实施方式中，导电材料可以分布遍及可渗透体并且电流可以经过导电材料以足够发热。导电材料可以包括但不限于金属片或珠、导电水泥、涂敷金属的颗粒、金属陶瓷复合材料、导电半金属碳化物、煅烧石油焦炭、敷设金属丝、这些材料的组合等。导电材料可以被预先混合，具有各种网孔大小或所述材料可以在可渗透体形成之后被引入可渗透体中。
[0078]液体或气体可以从热源134转移热，或在另一个实施方式中，在烃液或气体燃烧的情况下，射频发生器(微波)、燃料电池或固体氧化物燃料电池都可以但事实上不必在密闭蓄积池区域114或122之内产生热。在一个实施方式中，可渗透体的加热可以通过来自烃燃烧的对流加热来完成。特别感兴趣的是在化学计量条件下进行的燃料与氧的烃燃烧。化学计量条件可以允许显著地增加加热气体温度。化学计量燃烧可以使用纯氧源但通常不需要纯氧源，纯氧源可以通过已知的技术包括但不限于氧浓缩器、膜、电解等提供。在一些实施方式中，氧可以自具有化学计量数量的氧和氢的气体提供。燃烧废气可以被引入超高温换热器，例如陶器或操作温度在大约2500 °F之上的其它适当的材料。从周围环境中获得或从其它工艺再循环的空气可以经过该超高温换热器被加热，然后被送至蓄积池用于加热可渗透体。燃烧废气然后可以被隔离，而无需进一步的分离，也就是说，这是因为该废气主要是二氧化碳和水。
[0079]为了最小化热损失，在燃烧室、换热器和蓄积池之间的距离可以被最小化。因此，在一个具体详述的实施方式中，便携式燃烧室可以附着于单独加热导管或较小的导管分段。便携式燃烧室或燃烧器可以独立地提供大约100，OOOBtu到大约1，000, OOOBtu，其中每管大约600，OOOBtu通常是足够的。
[0080]可选地，密闭容器内燃烧可以在主要的结构化密闭防漏结构内的分隔的密闭容器内部开始。该过程部分燃烧含烃物质以提供热和内在的热解。有害的空气排放物144 一旦从密闭防漏容器114、122或从热源134中导出并通过已钻的井筒142输送，则可以被捕捉并隔离在地层108中。热源134还可以产生电并经过电传输线150传递、转换或供电。从密闭蓄积池处理 区域114或122提取的液体或气体可以被贮存在附近的收集槽136中或贮存在密闭防漏容器114或122内。例如，不渗透性底层112可以包括倾斜区域110，其引导液体走向排放系统133，在那里液体被导入收集槽。
[0081]当碎石物质120与管道118、124、126和128 —起放置时，预期各种测量设备或传感器130可在提取过程期间监控建造的密闭防漏蓄积池100之内、其周围或者在其下面的温度、压力、流体、气体、组成、加热速率、密度以及所有其它工艺属性。此类监控设备和传感器130可以分布在任何地方——所布置的管道118、124、126和128之内、其周围、其一部分、与其相连或者在其顶部上，或者在碎石物质120或不渗透性阻挡区112的顶部、被其覆盖或者埋入其内。
[0082]随着所放置的碎石物质120填充密闭处理区域114或122，120变成了建造的不渗透性盖阻挡区138和壁屏障结构170的顶部支撑，其可以包括不渗透性和建造的流体和气体屏障或结构化密闭结构的任何组合，所述结构包含可组成112的那些，其包括但不限于粘土 162、压实填充物或引入物质164、包含水泥或耐火水泥的材料166、土工合成膜、衬里或绝缘体168。在138之上，充填材料116被放置，以在密闭处理区域114或122上产生岩石静压力。用足够的压实填充物覆盖可渗透体以在可渗透体内产生增加的岩石静压力可以有助于进一步增加烃产品质量。压实填充物顶部可以基本上覆盖可渗透体，而可渗透体返过来可以基本上支撑该压实填充物顶部。压实填充物顶部进一步对移出的烃可以是足够地不渗透的，或者可以以类似于侧壁和/或底壁的方式增加另外的渗透性控制材料层。一旦被提取、处理或再循环一情况可以是经过任意的管道118、124、126或128，通过增加任何气体或流体，附加压力可以被引入提取密闭处理区域114或122中。相对于密闭蓄积池100内的加热、提取、稳定、隔离、蓄积、提级、精炼或结构分析工艺，全部相关的测量、优化率、注射速率、提取速率、温度、加热速率、流速、压力比率、容量指示器、化学组成或其它数据，通过连接至计算装置132而被预期，所述计算装置132操作计算机软件以进行管理、计算和优化整个工艺。此外，取心钻进、地质储量分析以及地层在爆炸、开采和运输之前的试验模型(或者在这些任务之前、之后或期间的任意时刻)可以充当数据输入进入计算机控制的机构中，其操作软件以鉴定最佳放置、尺寸、被校准并交叉引用以达到期望生产率的体积和设计、压力、温度、热量输入速率、气体重量百分数、气体注入组成、热容量、渗透性、孔隙率、化学组成和矿物组成、压实、密度。此类分析和测定可以包括其它因素像气象数据因素，诸如影响结构化基层构造的总体性能的温度和空气湿度量。其它数据诸如矿石水分含量、烃富集度、重量、筛目尺寸和矿物组成以及地质组成可以被用作输入，包括产生项目现金流通、债务还本付息和内部报酬率的货币的时间价值数据组。
[0083]图2A显示了蓄积池的集合，包括未覆盖的或打开盖的密闭蓄积池100，其含有在采矿场200内部的分开的密闭蓄积池122，采矿场200具有各种高度的台阶式采矿。图2B仅为清楚起见图解了无相关导管及其他方面的单个蓄积池122。该蓄积池可以类似于在图1图解的蓄积池或任何其它结构。在一些实施方式中，预期开采的碎石可以沿着斜道230或经过运输机232被传输到采矿场密闭蓄积池100和122，而不需任何采矿运输卡车。
[0084]图3显示了在密闭蓄积池100下面的建造的渗透阻挡层112，其中盖覆盖材料或填充物302在密闭蓄积池100的侧面和顶端上，以最终(按照工艺)覆盖和利用新的地表300。可能已经暂时从该地区移走的本土植物可以重新栽培诸如树306。本发明的结构化基层构造通常可以是单一用途的结构，其可以在最小限度的附加补救下容易地且安全地关闭。这可以显著地降低与移动大量消耗材料有关的成本。然而，在一些情况下，结构化基层构造可以被挖掘和再利用。一些装置诸如射频(RF)机构、管材、设备和发射器可以在烃回收完成后从结构化蓄积池内回收。
·[0085]图4显示了计算机工具130，其控制在集合蓄积池100内的细分蓄积池122中的过程期间连接到热源134的导管118、126或128的各种性质输入和输出，以控制可渗透体的加热。热可以任选地是闭合环路，这样气体经过回流管135返回热源或者另外被引导远离蓄积池。类似地，从蓄积池收集的液体和蒸汽可以被监控并分别收集在槽136和冷凝塔140中。例如，液体产品可以经由排放系统(未显示)收集并贮存在收集槽136中。来自各蓄积池的蒸汽产品可以经由适当的气体收集系统收集并被引导至冷凝塔。可冷凝的产品典型地是高质量烃，例如煤油、喷气燃料或其它高级燃料，并且可以被单独储存在可冷凝槽141中。类似地，不冷凝部分可以被导向该工艺的其它部分或贮存在槽143中。如前面所述，液体和蒸汽产品可以结合，或者更经常而言，留下作为分离的产品，这取决于可冷凝性、目标产品等。一部分蒸汽产品可以被冷凝并在槽136中与液体产品组合。然而，许多的蒸汽产物将是C4和可以燃烧、销售或在该工艺内使用的更轻气体。例如，氢气可以利用常规气体分离进行回收，并且可用于按照常规提级方法例如催化方法等加氢处理液体产物，或者不冷凝气态产物可以被燃烧以产生热，用于加热可渗透体、加热相邻的或者附近的蓄积池、加热服务或职员区域或者满足其它工艺用热需要。结构化基层构造可以包括热电偶、压力计、流量计、流体分散传感器、富集度传感器和遍及该结构化基层构造分布的任何其它常规工艺控制设备。这些设备每个可以与计算机可操作相连，以便可以在可渗透体的加热期间监控或改变加热速率、产物流速和压力。任选地，适当位置的搅动可以利用例如超声波发生器进行，所述超声波发生器与可渗透体相连。这样的搅动可以促进烃从位于下面的与它们结合的固体材料中分离和热解。此外，足够的搅动可以减少在可渗透体和导管各处的阻塞和结块。
[0086]图5显示了任意导管如何可被用于将热以任何形式的气体、液体或热经由输送工具510从分开的任意密闭蓄积池转移到另一分开的密闭蓄积池。然后，冷却的流体可以经由传热工具512被输送到产热密闭容器500，或者产热源134以从密闭容器500获得更多热，而再次再循环到目标密闭容器522。因此，各种导管可用于将热从一个蓄积池转移到另一蓄积池，以便再循环热并管理能量的利用以最小化能耗。
[0087]在本发明的又一个方面，在加热步骤期间氢供体剂可以被引入可渗透体中。氢供体剂可以是任何组成，其能够氢化烃并且可以任选地是还原剂。适当的氢供体剂的非限定性实例可以包括合成气、丙烷、甲烷、氢、天然气、天然气凝析油、工业溶剂诸如丙酮、甲苯、苯、二甲苯、枯烯、环戊烷、环己烷、低碳烯烃(C4-C10)、萜烯、这些溶剂的取代化合物等。此外回收的烃可以在可渗透体内或者在收集之后经历加氢处理。有利地，从气体产物回收的氢可以被再引入液体产物中用于提级。无论如何，加氢处理或加氢脱硫过程对降低最终烃类产品中的氮和硫含量可以是非常有用的。任选地，催化剂可以被引入以促进此类反应。另外，轻质烃引入可渗透体中可引起重整反应，其降低分子量，同时增加氢碳比。这对用于本发明特别有利，至少部分原因在于可渗透体的高渗透性，例如经常为大约30%空隙体积，尽管空隙体积通常可以在大约15%至大约40%空隙体积。可以被注入的轻质烃可以是对回收的烃提供重整的任何烃。适当的轻质烃的非限定性实例包括天然气、天然气凝析油、工业溶剂、氢供体剂及其它具有十个或更少碳以及经常具有五个或更少碳的烃。目前，天然气是一种有效的、方便的且 丰富的轻质烃。如前面所述，各种溶剂或其它添加剂也可以被加入，以帮助从油页岩中提取烃类产品并且经常还可以增加流动性。
[0088]通过将轻质烃输送经过具有与可渗透体较低部分流体连通的开口端的输送导管，以便该轻质烃(其在正常操作状态之下是气体)向上透过该可渗透体，轻质烃可以被引入可渗透体中。可选地，这种相同的方法可被用于首先被输送给空的蓄积池的回收烃。以这种方法，蓄积池可以充当来自附近的蓄积池的直接产品的收集槽，以及充当重整装置或提级装置。在该实施方式中，蓄积池可以至少部分被填充液体产物，气态轻质烃在其中经过，并使其与液态烃产物在依照众所周知的方法足以实现重整的温度和条件下接触。也可以在蓄积池内的液体产物中包括任选的重整催化剂，其包括金属诸如Pd、Ni或其它适当的催化活性的金属。催化剂的添加可以用于针对特定液体产品而降低和/或调节重整温度和/或压力。此外，本发明的蓄积池可以容易地在几乎任何深度下形成。因此，由于蓄积池中的液体量和蓄积池的高度，最佳重整压力(或当利用蓄积池深度作为压力控制措施以从可渗透体中回收时的回收压力)可基于流体静压力设计，即P=Pgh0另外，在蓄积池的高度内压力可以显著改变，足以提供多个重整区和适应性压力。通常，可渗透体内的压力可足以实现基本唯一的液体提取，尽管取决于可渗透体的特定组成，可以产生一些较少量的蒸汽。作为一般的方针，压力可以在大约5atm到大约50atm的范围内，尽管大约6atm到大约20atm的压力可以是特别有用的。然而，可以使用任何大于大约大气压的压力。
[0089]在一个实施方式中，提取的粗制物在细分密闭容器内沉淀出细粒。提取的流体和气体可以被处理以除去细粒和灰尘颗粒。细粒从页岩油中分离可以通过诸如但不限于热气过滤、沉淀和重油再循环的技术完成。
[0090]从可渗透体回收的烃类产品可以进一步被处理(例如精炼)或如产生时使用。任何可冷凝气态产物可以通过冷却和收集进行冷凝，而不可凝气体可以被收集、作为燃料燃烧、再注入或另外使用或处理。任选地，移动设备可用于收集气体。这些装置可以紧邻控制基层构造而被容易地定向，并且气态产物经由适当的导管从控制基层构造的上面区域被引到其中。
[0091 ] 在又一可选的实施方式中，在可渗透体内的热可以在从中初次回收烃物质之后被回收。例如，大量的热被保留在可渗透体中。在一个任选的实施方式中，可渗透体可以被充满传热流体诸如水以形成加热的流体，例如加热的水和/或蒸汽。同时，这种工艺可以经由废页岩固体的物理漂洗而促进一些残余烃产物的移出。在一些情况下，水的引入以及蒸汽的存在可引起水煤气变换反应以及合成气的形成。从该工艺回收的蒸汽可用于驱动发电机、被导入另一附近的基层构造或另外被利用。烃和/或合成气可以通过常规方法与蒸汽或加热流体分离。
[0092]尽管本发明的方法和基层构造允许改善的渗透性和操作条件的控制，但是相当大量的未回收的烃、贵金属、矿物质、碳酸氢钠或其它商业上有价值的物质时常留在可渗透体中。因此，选择性溶剂可以被注入或被引入该可渗透体中。典型地，这可以在收集烃之后进行，尽管某些选择性溶剂可以在加热和/或收集之前有利地使用。这可以利用一个或多个现有导管或者通过直接注入并渗透经过可渗透体来完成。选择性溶剂或浸析液可以被选择作为一种或多种目标物质的溶剂，例如矿物质、贵金属、重金属、烃或碳酸氢钠。在一个【具体实施方式】中，蒸汽或二氧化碳可被用作可渗透体的漂洗剂以移去至少一部分任何剩余的烃。这不仅在移出可能有价值的次级产品中可以是有益的，而且在清理痕量重金属或无机物的剩余废料至低于检测水平，以满足规章标准或防止将来物质的不经意浙滤方面也是有益的。·
[0093]更具体而言，在加热可渗透体之前或之后可以使用各种回收步骤，以回收重金属、贵金属、痕量金属或其它物质——其或者具有经济价值或者在加热可渗透体期间可能引起不期望的问题。通常，此类物质的回收可以在可渗透体加热处理之前完成。回收步骤可以包括但是绝不限于溶液采矿、浙滤、溶剂回收、沉淀、酸(例如盐酸、酸式卤化物等)、浮选、离子树脂交换、电镀等。例如，重金属、铁铝氧石或铝和汞可以通过使可渗透体注满适当的溶剂并通过适当设计的离子交换树脂(例如粒、膜等)再循环所得到的浸析液而被去除。
[0094]类似地，可以进行烃物质、废料或贵金属的生物提取、生物浙滤、生物回收或生物补救，以进一步改善补救、提取有价值金属以及将废料恢复到环境可接受的标准。在这样的生物提取情况中，导管可用于注入催化气体作为前体，其有助于助长生物反应和生长。此类微生物和酶可以在矿石溶剂萃取之前经由生物氧化而生物化学氧化矿体或材料或纤维质或其它生物质。例如，穿孔管或其它机构可用于将足以刺激本地细菌生长和作用的轻质烃(例如甲烷、乙烷、丙烷或丁烷)注入可渗透体中。细菌可以是本地的或引入的并且可以在有氧或厌氧条件下生长。这样的细菌可以从可渗透体释放金属，其然后可以经过用适当的溶剂冲洗或其它合适的回收方法进行回收。回收的金属然后可以利用常规方法被沉淀出来。
[0095]合成气也可以在加热步骤期间从可渗透体回收。通过工艺可以操纵气体生产的各个阶段，所述工艺提高或降低密闭容积内的操作温度并调整进入蓄积池的其它输入以产生合成气，其包括但不限于一氧化碳、氢气、硫化氢、烃、氨、水、氮气或其各种组合。在一个实施方式中，当提取合成气时，可以控制可渗透体内的温度和压力以降低CO2排放。
[0096]从本发明的结构化基层构造回收的烃类产品最常见可以被进一步加工，例如通过提级、精练等。来自相关提级和精练加工的硫可以在较大结构化蓄积池密闭容器内的各种结构化硫密闭容器中分离。结构化硫密闭容器可以是用过的结构化基层构造或者专用于在脱硫后贮存和分离目的的。
[0097]类似地，在结构化基层构造中剩余的废含烃物质可以被用在水泥和聚集产物的生产中，以用于基层构造本身的构建或稳定或者用于形成别处的结构化基层构造。利用废页岩制造的此类水泥产品可以包括但不限于与下列的化合物的混合物:波特兰水泥、钙、火山灰、珍珠岩、合成纳米碳、砂、玻璃纤维、碎玻璃、浙青、焦油、粘合用树脂、纤维素植物纤维
坐寸ο
[0098]仍在本发明的另一实施方式中，注射、监控和生产用导管或提取出口可以被并入结构化基层构造内的任何模式或布置中。在结构化密闭防漏容器下面或外面的监控井和构建的土工膜层可以被用于监控防漏边界和结构化基层构造外不需要的流体和水分移动。
[0099]尽管填充且 制备的结构化基层构造通常可以被立即加热以回收烃，但是这不是必需的。例如，被建造且被填充了采出的含烃物质的结构化基层构造可以被留在适当的位置作为探明储量。此类结构较不容易受遭到由于恐怖分子活动引起的爆炸或破坏并且还可以提供未加工石油产品的战略储备，所述石油产品具有分级和已知的特性，以便经济学评价可以被增加以及更加可预测。长期的石油储备经常面临质量随时间变差的问题。因此，本发明可以任选被用于长期质量保证和贮存，关于烃类产品分解和降解方面的顾虑被减少。
[0100]仍在本发明的另一方面，高品质液体产物可以与更粘性的较低品质(例如较低的API)烃类产品掺合。例如，从蓄积池生产的干酪根油可以与浙青掺合而形成掺合油。浙青在常规的且接受的管道标准下通常不能通过长的管道输送并且可以具有显著高于干酪根油的粘度以及显著低于干酪根油的API。掺合的量可以显著变化，这取决于浙青和干酪根油的具体品质。然而，作为一般的原则，掺合油可以是5%至95%的干酪根油，在一些情况下为大约10%至约40%，在其它情况下为大约50%至80%，其中掺合油的剩余部分基本包含浙青。通过掺合干酪根油和浙青，掺合油可以被变成可输送的，而无需使用另外的稀释剂或其它粘度或API改进剂。结果是，掺合油可以被泵送经过管道而不需要额外的处理以去除稀释剂或通过第二管道返还这些稀释剂。常规地，浙青与稀释剂诸如天然气凝析油或其它低分子量液体混合，以允许泵送至遥远的位置。稀释剂被去除并通过第二管道被返还回到浙青源。本发明允许消除返回稀释剂并同时对浙青提级。
[0101]应当理解，上面所提及的布置是基于本发明的原理而阐述本申请。因此，尽管本发明已经在上面结合本发明的示例性实施方式予以描述，但是对本领域技术人员而言显而易见的是，可以进行无数修改和可选的布置，而不背离如权利要求所述的本发明的原理和概念。
【权利要求】
1.一种在从含烃物质去除烃之前、与之同时或者之后从含烃物质回收矿物质的方法，包括: a)形成结构化渗透性控制基层构造，其界定出基本密闭容积； b)将粉碎的含烃物质引入所述控制基层构造中而形成含烃物质的可渗透体； c)使含烃物质的所述可渗透体与选择性溶剂接触，其中通过所述选择性溶剂去除一种或多种目标物质； d)使所述去除的目标物质和选择性溶剂到所述密闭容积之外。
2.权利要求1所述的方法，其中所采出的含烃物质包括油页岩、浙青砂、煤、褐煤、浙青、泥煤或其组合。
3.权利要求1所述的方法，其中所述目标物质包括选自具有经济价值的物质、在所述可渗透体的加热期间不期望的物质及其组合的物质。
4.权利要求3所述的方法，其中所述目标物质包括选自烃、矿物质、碳酸氢钠、金属和其组合的物质。
5.权利要求4所述的方法，其中所述目标物质包括重金属、贵金属、痕量金属或其组口 ο
6.权利要求4所述的 方法，其中所述目标物质包括铁铝氧石、铝、汞或其组合。
7.权利要求1所述的方法，其中所述可渗透体基本上由具有大约2英寸到大约2英尺的平均尺寸的压碎的含烃物质组成。
8.权利要求1所述的方法，其中所述可渗透体具有所述可渗透体的总容积的大约15%到大约40%的空隙空间。
9.权利要求1所述的方法，其中在从所述可渗透体收集烃以使所述可渗透体为废料之后执行所述使含烃物质的所述可渗透体与选择性溶剂接触的步骤。
10.权利要求9所述的方法，其中在通过所述试剂接触之前已在大约200T (930C )到大约750 0F (399 0C )的温度加热所述废含烃物质。
11.权利要求1所述的方法，其中所述选择性溶剂包括浸析液、酸、蒸汽、二氧化碳或其组合。
12.权利要求11所述的方法，其中所述选择性溶剂包括浸析液。
13.权利要求11所述的方法，其中所述选择性溶剂包括酸。
14.权利要求11所述的方法，其中所述选择性溶剂包括蒸汽。
15.权利要求11所述的方法，其中所述选择性溶剂包括二氧化碳。
16.权利要求1所述的方法，其中所述可渗透体进一步包括嵌入所述可渗透体内的多个导管，所述导管的至少一些配置为将所述选择性溶剂引入所述可渗透体中。
17.权利要求1所述的方法，其中使所述去除的目标物质和选择性溶剂到所述密闭容积之外的步骤包括通过排放系统从所述控制基层构造的较低区域去除所述去除的目标物质和选择性溶剂。
18.权利要求1所述的方法，其中在处理所述含烃物质用于烃回收之前完成所述使含烃物质的所述可渗透体与选择性溶剂接触的步骤。
19.权利要求1所述的方法，其中所述使含烃物质的所述可渗透体与选择性溶剂接触的步骤在处理所述含烃物质用于烃回收剩余废含烃物质之后。
【文档编号】C10B53/06GK103666510SQ201310693589
【公开日】2014年3月26日 申请日期:2008年2月8日 优先权日:2007年2月9日
【发明者】T·达纳, J·W·柏藤 申请人:红叶资源公司