用于環境修復和分解污染物的先進導熱式加熱器系統技術方案

本發明專利技術公開了導熱式加熱和脫附系統，比起用于從土壤、地下水和其它受影響介質移除污染物的其它系統，本發明專利技術的系統使用新穎的增強型燃氣再生式加熱器以及氧化系統提供了顯著效果。受影響的加熱介質中的污染物通過水解、熱解和/或氧化處理被局部破壞。從受影響介質提取剩余污染物，然后將污染物廢氣引入至加熱器系統，在加熱器系統中，污染物廢氣被熱氧化和催化氧化。使用來自加熱器系統中的燃燒后的燃料和污染廢氣的熱來預加熱通過再生式熱交換器進入的燃燒空氣，這可顯著降低加熱器系統的燃料使用。燃燒后的燃料和加熱器系統排放的廢氣可以進一步被處理以實現規定排放標準。

【技術實現步驟摘要】
【國外來華專利技術】用于環境修復和分解污染物的先進導熱式加熱器系統
本專利技術針對用于修復包含污染物的次表土和/或地下水的改善方法。該方法可以在原位及異位執行。
技術介紹
土壤、地下水或者其它受影響介質中的污染物會威脅人體健康。許多污染物是致癌物，具有政府機關公布的最大篩選水平。常規污染物包括揮發性有機化合物、半揮發性有機化合物、多環芳烴、農藥、除草劑、焦油，多氯聯苯、汞、二氧芑、炸藥殘留物和重烴。 由于侵蝕的或者缺陷的容器或者管線導致污染物溢出和滲漏入土地中，這是污染物進入土壤和/或地下水的通常路徑。碳氫化合物。現有技術中已經開發了多個技術來修復被污染物致污的土壤和地下水。 通常，污染物的物理/化學屬性以及致污介質的性質決定了所選擇的修復技術。相應地，如果污染物在相當程度上可移動且難以降解(例如，氯化溶劑)而土壤是極易滲透的，那么土壤氣相抽提(SVE)技術證明是有效的，土壤氣相抽提(SVE)技術開發了土壤的真空梯度。半揮發性污染物(例如，五氯苯酚)不易揮發，因此土壤氣相抽提不是有效的技術。現有技術已經考慮了可選技術。許多建議的技術涉及挖開致污區域并且隨后焚燒土壤(例如，直接或者間接的異位熱脫附)。這些技術在凈化影響土壤方面是有效的，但是成本超高并且能量消耗大。 其它現有技術涉及使用射頻能量、傳導加熱器或者電加熱井來結合氣相抽提系統。例如，美國專利第4，670，634號公開了用于通過射頻加熱來原位凈化溢出以及廢棄物填埋的方法。通過射頻能量將土壤加熱至高于促進介電加熱的溫度。加熱允許升高溫度在100°C至400°C范圍內。對加熱的土壤凈化可以以各種方式進行，諸如通過高溫分解、熱輔助分解、蒸餾或者與反應物(諸如氧氣)進行反應。但是，該方法使用的射頻功率會導致非均勻加熱土壤，這會導致土壤中的循環熱和冷點。該方法還要求表面處的繁重的蒸發物收集以及電磁防護屏障，這導致高的操作費用。 美國專利第5，190, 405號公開了用于通過插入土壤中的穿孔垂直加熱井的氣相抽提從土壤移除污染物的原位方法。垂直加熱井通過熱傳導將土壤加熱到升高的溫度，使用所述垂直加熱井，掩蓋土壤表面以降低氣相抽提的短路效應。通過蒸發、原位熱分解、氧化、燃燒和汽提移除土壤致污物。 美國專利第5，114，497號公開了一種修復方法，包括通過位于土壤表面以及隔熱覆蓋材料之間的相對扁平的柔性熱源將熱能量供給至土壤表面之下的土壤的一個或多個位置。然后在降低的壓力的影響下收集在熱能量影響下因致污物蒸發或者分解產生的蒸發物。 美國專利第5，169，263號公開了類似的原位加熱處理，其利用了原位蒸發物恢復系統，該系統包括埋在土壤中的位于污染深度之下的穿孔管或者狹槽管。氣相抽提和處理系統連接至管，并且通過相對扁平的柔性電阻加熱器將熱供給至土壤表面。 美國專利第5，193，934號公開了另一個原位脫附系統，其利用了埋在土壤中的位于土壤中污染深度之下的穿孔管或者狹槽管，帶有氣相抽提和處理系統。加熱源包括供給至加壓燃燒室(位于陸地的表面上)并且燃燒的燃料和壓縮空氣，燃燒產物流入原位管并且分布在受污染土壤中。致污物和它們的副產物被進入蒸發物處理系統的燃燒產物替代。 美國專利第5，011，329號公開了一種原位方法和裝置，用于將熱氣體噴入形成在污染土壤區域中的鏜孔中以蒸發土壤和污染物，以及用于收集地面之上的污染物形成的廢氣。燃燒器加熱加壓氣體并將其與燃燒氣體混合以用于經由原位噴射而輸送至污染土壤中。 歐洲專利申請EP10447027和EP10447028以及美國專利第7，618，215號公開了用于土壤修復的方法和裝置，其使用加熱器，加熱器由氣體燃燒器組成，氣體燃燒器的燃燒器噴嘴和燃燒器端部位于地面和污染區域的表面之上，所述燃燒器噴嘴和燃燒器端部放置在管部中，管部延伸至地面和污染區域中。熱的燃燒后氣體被迫使進入整個管部，熱通過傳導而垂直向下地傳遞通過管，首先傳遞到管的上部分，最終到達管的下部分。抽取管將廢氣傳遞至氣體燃燒器，廢氣在氣體燃燒器處作為輔助燃料燃燒。公開了在獨立的第二加熱器中再使用來自主加熱器的熱能量的器件。 盡管陳述的這些方法、裝置和技術在某些受限情形下證明在提供原位凈化土壤方面是有效的，但是這些方法、裝置和技術通常需要成本高的操作和能量輸入，需要昂貴的裝備，提供低效率的熱傳遞至污染物或者土壤，或者需要復雜的氣相抽提和處理系統。 需要一種成本有效的、改善的有效原位技術用于從次表土和地下水移除污染物。需要將熱傳遞至污染土壤和地下水的能量更有效的技術，使得快速有效地移動和移除污染物。而且，在不易獲得大的電力供給的原位，需要使用丙烷或者天然氣產生燃燒熱。重要的是，需要以最小化無污染區域中熱損失的方式將熱輸送至污染區域。為了最小化裝備要求，需要一種在一個或者若干加熱器中氧化提取的污染物廢氣的技術。 公開了導熱式加熱和脫附系統，比起用于從土壤、地下水和其它受影響介質移除污染物的其它系統，其使用新穎的增強型燃氣再生式加熱器以及氧化系統提供了顯著效果。受影響的加熱介質中的污染物通過水解、熱解和/或氧化處理被局部破壞。從受影響介質提取剩余污染物，然后將污染物廢氣引入至加熱器系統，在加熱器系統，污染物廢氣被熱氧化和催化氧化。使用來自加熱器系統中的燃燒后的燃料和污染廢氣的熱來預加熱通過再生式熱交換器進入的燃燒空氣，這可顯著降低加熱器系統的燃料使用。燃燒后的燃料和加熱器系統排放的廢氣可以進一步被處理以滿足規定的排放標準。
技術實現思路
類似地提供了用于實現其的方法，用于通過優化導熱式加熱溫度和廢氣抽提率和處理來有效地修復污染介質，以達到與改變環境規定的妥協。根據本公開的特征，公開了用于熱處理受影響介質的系統，其包括以下的組合:燃氣加熱器，具有內通路和外通路；燃燒器模塊，燃燒器模塊具有再生式熱交換器；排氣通路；催化劑表面區域；壓差源，以及廢氣抽提點。 根據另一特征，公開了燃燒器模塊，其包括以下的組合:壓差源，氣體入口，氣體通路，燃燒空氣入口，燃燒空氣通路，燃燒空氣/氣體混合器，燃燒器噴嘴，點火器，燃燒后氣體通路，以及排氣出口。 根據另一特征，加熱器垂直地、水平地或者以傾斜角度放置于污染土壤中。氣體和燃燒空氣供給至燃燒器模塊，并且經由它們相應的通路被運載至燃燒空氣/氣體混合器，在燃燒空氣/氣體混合器中，氣體和燃燒空氣混合以產生火焰，火焰被引導通過燃燒器噴嘴并且進一步向下到內通路(燃燒后氣體通路)。從加熱器的內通路的底端排放的燃燒后氣體撞擊外通路的閉合端，并且反向流過外通路(排氣通路)以進一步將熱均勻傳遞通過加熱器，并且使流向燃燒器端部的燃燒空氣預加熱。燃燒后氣體仍封閉在加熱器中。燃燒后空氣通過燃燒器的排氣通路和排氣出口離開加熱器。加熱器所產生的熱依靠傳導、輻射、對流以及平流而傳遞至污染介質。 此外，可以諸如通過土壤氣相抽提或者多相抽提井從距污染介質一個或者若干點處提取廢氣。一個或多個壓差源可以施加真空于這些廢氣抽提點，然后提取的廢氣通過燃燒空氣入口被引導至燃燒器。廢氣在加熱器系統內被熱氧化和催化氧化。首先，燃燒器熱氧化在燃燒器端部進來的廢氣，并且由于加熱器的特征使得進一步的熱氧化發生在加熱器中，使得增加了停留時間。其次，加熱器的外通路中本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種加熱器組件，包括以下的組合：至少加熱井，其包含加熱管模塊和燃燒器模塊，燃料入口，其連接至所述加熱井，用于將燃料供給至所述燃燒器模塊，空氣入口，其連接至所述燃燒器模塊，用于將空氣通過燃燒空氣通路供給至所述燃燒器模塊，并且將空氣與所述燃料在燃料?空氣混合器中混合，排氣通路，其用于從所述燃燒器模塊接收熱排氣，所述排氣通路可操作地定位成鄰近所述燃燒空氣通路并且與所述燃燒空氣通路協作，用于在所述空氣達到燃燒器噴嘴之前加熱所述燃燒空氣通路中的空氣，以及用于防止所述燃料器件過熱的器件，所述燃燒空氣通路和所述排氣通路一起限定了在所述加熱井內部的單端再生式熱交換機構。

【技術特征摘要】
【國外來華專利技術】2012.02.24 US 61/602,7731.一種加熱器組件，包括以下的組合: 至少加熱井，其包含加熱管模塊和燃燒器模塊， 燃料入口，其連接至所述加熱井，用于將燃料供給至所述燃燒器模塊， 空氣入口，其連接至所述燃燒器模塊，用于將空氣通過燃燒空氣通路供給至所述燃燒器模塊，并且將空氣與所述燃料在燃料-空氣混合器中混合， 排氣通路，其用于從所述燃燒器模塊接收熱排氣，所述排氣通路可操作地定位成鄰近所述燃燒空氣通路并且與所述燃燒空氣通路協作，用于在所述空氣達到燃燒器噴嘴之前加熱所述燃燒空氣通路中的空氣，以及 用于防止所述燃料器件過熱的器件，所述燃燒空氣通路和所述排氣通路一起限定了在所述加熱井內部的單端再生式熱交換機構。2.根據權利要求1所述的加熱器組件，進一步包括: 至少一個污染物的廢氣源，所述污染物廢氣引入至加熱器組件，用于作為輔助燃料，以及 催化劑材料，其布置在所述加熱器組件內部，其中，所述催化劑材料加速污染物廢氣的氧化。3.根據權利要求1所述的加熱器組件，進一步包括: 至少一個污染物的廢氣源，所述污染物廢氣引入至加熱器組件，目的是破壞污染物廢氣；以及， 催化劑材料，其布置在所述加熱器組件內部，其中，所述催化劑材料加速污染物廢氣的氧化。4.根據權利要求1所述的加熱器組件，進一步包括: 一系列非收斂穩定器，以大致垂直方式固定至所述空氣通路的外側部分，所述穩定器裝配成緊密靠近所述排氣通路的外側部分，由此所述穩定器通過傳導將熱向外傳遞到所述加熱井的壁。5.根據權利要求1所述的加熱器組件，進一步包括: 燃燒空氣通路和燃燒后空氣通路，它們彼此連通而作為單個通路，使得除了在所述通路的最頂部和最底部之外不形成有孔口。6.根據權利要求1所述的加熱器組件，進一步包括: 燃燒空氣通路和燃燒后空氣通路，它們彼此連通而作為相關通路，其特征在于，所述燃燒空氣通路和所述燃燒后空氣通路之間的至少一個再生式孔口。7.根據權利要求1所述的加熱器組件，其中: 所述用于防止燃料過熱的器件包括將燃料通路布置在燃燒空氣通路的環形空間的內部。8.一種熱土壤修復系統，用于從土壤移除致污物，包括: 多個加熱器組件，其定位在土壤中， 多個真空井，其定位在土壤中， 其中，土壤被至少一個加熱器組件加熱， 其中，用于加熱土壤的能量源包括以下至少一個: 氣體燃料，或者 液體燃料，并且 其中，通過...

【專利技術屬性】
技術研發人員：格蘭特·格克勒，
申請(專利權)人：格蘭特·格克勒，
類型：發明
國別省市：美國;US