電気熱ダイナミック剥離プロセス

電気熱動的剥離プロセス（ET-DSP）は、マクミラン・マギー社が汚染された場所を浄化するために開発した、特許取得済みの現場熱環境修復技術です。ET-DSPは、容易に入手できる三相電力を使用して、電極で地下を加熱します。電極は地層のさまざまな深さと場所に配置されます。各電極への電流は、対象となる汚染ゾーンを均一に加熱するために、コンピューターによって継続的に制御されます。^[2]

電気抵抗加熱 (ERH)と ET-DSPの違いは、対流による熱伝達です。ET-DSP 電極の周囲に注入された水は加熱され、真空抽出井に向かって放射状に流れ、プロセス中に地層を加熱します。ERH と ET-DSP の違いは、支配方程式に示されています。

電気抵抗加熱（ERH）の支配方程式は次のように表される。

${\displaystyle {\bar {\rho \,\!c}}\left({\frac {\partial T}{\partial t}}\right)\ ={\bar {\lambda }}\left({\frac {\partial ^{2}T}{\partial t^{2}}}+{\frac {1}{r}}{\frac {\partial T}{\partial r}}\right)+{\frac {1}{\bar {\sigma }}}\left({\frac {I}{2{\pi }Lr}}\right)^{2}}$

ここで、は地層の体積熱容量、T は温度、t は時間、は熱伝導率、は電気伝導率、I は電流、L は電極の長さです。 ${\displaystyle {\bar {\rho \,\!c}}}$${\displaystyle {\bar {\lambda \,\!}}}$${\displaystyle {\bar {\sigma \,\!}}}$

電気熱動的剥離プロセス（ET-DSP）の支配方程式は、次のように表される。

${\displaystyle {\bar {\rho \,\!c}}\left({\frac {\partial T}{\partial t}}\right)\ ={\bar {\lambda }}\left({\frac {\partial ^{2}T}{\partial t^{2}}}+{\frac {1}{r}}{\frac {\partial T}{\partial r}}\right)+{\frac {1}{\bar {\sigma }}}\left({\frac {I}{2{\pi }Lr}}\right)^{2}-\underbrace {\rho _{w}\,\!c_{w}{\frac {Q}{2{\pi }Lr}}{\frac {1}{r}}{\frac {\partial T}{\partial r}}} _{対流}}$

ここで、は水の密度、は水の比熱、Q は水注入速度です。 ${\displaystyle \rho_{w}}$${\displaystyle \!c_{w}}$

ET-DSP 電極は汚染ゾーンに配置され、従来の 3 相電力を使用して土壌を加熱できるように設計されています。電極間の距離と位置は、汚染ゾーンでの蒸気抽出、電気加熱、および流体移動に関連する熱伝達メカニズムに基づいて決定されます。

電極と抽出井の理想的なパターンを決定するために、多相、多成分、3D 熱モデルを使用してプロセスをシミュレートします。数値モデリングは、電力供給システム (PDS)、ユーティリティからの電力要件、およびプロジェクトの資本要件の設計にも使用されます。

電気加熱は、土壌の空隙を埋める抵抗性の混入水に電流を流すことで、土壌と地下水の温度を上昇させます。温度上昇により、揮発性および半揮発性の汚染物質の蒸気圧が上昇し、揮発性および土壌蒸気抽出などの従来の技術による回収能力が向上します。

ET-DSP は、時間分散制御 (TDC) と位相間同期 (IPS) のシステムを利用して、電極への電力を制御します。このプロセスは、個々の電極に送られる電力の量とタイミングを制御します。電極が電気抵抗ゾーンにあり、コールド スポットが発生する場合は、これらのエリアの電極への電力を増やして、地層を均一に加熱することができます。TDC と IPS は、3 相電力の電気正弦波をミリ秒単位で制御し、各相を個別に操作できるようにします。

ET-DSP の実装に先立ち、表面インフラストラクチャ、周囲の土地利用、修復中の短期的なサイト使用状況、地下の岩相、地下水深、プルーム特性、汚染物質の種類、汚染物質の分布、目標温度に達するまでの所要時間などのサイト情報が収集されます。ベンチスケールの実験と組み合わせた数値モデリングおよび分析シミュレーション ソフトウェアを使用して、サイトに最適な熱修復戦略を決定します。

数値モデリングは、パターンの種類、形状、間隔、電源要件、電力同期、最適な目標温度、目標温度に達するまでの推定時間の観点から最適な電極構成を決定するために重要です。

電力供給システム (PDS) は、コンピュータ制御の 3 相変流器です。PDS はさまざまな KVA (キロボルト アンペア) 定格で提供され、プラグ アンド プレイ アプリケーション用に完全にモジュール化されています。各 PDS には電圧タップ設定が装備されており、抵抗率の異なる地層の電極への電圧を上げることができます。ET-DSP は、堅い粘土から砂や岩まで、さまざまな土壌マトリックスを加熱できます。

ET-DSP 用の電極は、最大直径 12 インチ、最大長さ 10 フィートで製造でき、50 kW 以上で最大 180 °C (356 °F) の定格となります。

3 相電力同期を使用すると、電極パターンは幾何学的に制限されません。各電極内に水循環システム (冷却システム) が組み込まれているため、電極アセンブリは隣接する土壌を過熱しません。

電極は耐熱性材料で作られ、PDS に接続されています。各電極は、電極の表面に圧縮された粒状グラファイトが詰められたボーリングホールに設置されています。導体は各電極から PDS まで引き回されており、地上または地下に設置できます。

水循環システム (WCS) は、対流による熱伝達と冷却のために電極に水を供給します。電流密度のため、電極のエネルギーの大部分は端部に集中します。端部に水を注入すると、水は蒸気温度まで加熱され、対象体積全体に運ばれます。このプロセスにより、より多くの微揮発性有機化合物(SVOC) と、クレオソートなどのその他の非揮発性汚染物質が動的に除去されます。

水は電極の内部配管を通って流れ、ベース付近のスロットから電極を出て、金属の外側の表面を洗い流します。水の一部は地下の土壌に運ばれ、電流の経路を維持します。残りの水は上部のスロットから電極に戻り、貯水タンクに再循環されます。

地層に注入される水の量は、地下土壌の浸透性に依存します。地層への典型的な注入速度は、通常、電極あたり 0.1 ～ 0.2 gpm (ガロン/分) 程度です。

通常、抽出システムには、液体リングポンプ、ロータリーポジティブブロワー、ロータリーベーンブロワーなどの高真空システムが使用されます。抽出システムは、抽出プロセス中に水（多相抽出）を処理できる必要があります。

加熱は地下水面またはその下で実施でき、大量の地下水がこのシステムを通じて抽出され、処理されます。抽出システムはヘッダーに接続され、電極アレイ内の地下から地下水と炭化水素蒸気の両方を抽出するように設定されています。回収された地下水はすべて処理システムに移送され、その後排出されます。汚染物質の蒸気は、地域の規制要件に応じて、大気中に放出するか、燃焼させることができます。

抽出井戸は、揮発性炭化水素の回収を最大限にするために電極アレイ内に配置され、移動した汚染物質が敷地外に移動する危険性を最小限に抑えるために地下水を制御するように設計されています。抽出井戸は抽出ヘッダー パイプに接続され、抽出ヘッダー パイプは抽出システムに接続されます。問題の汚染物質に応じて、ヘッダー システムには鋼または承認された熱可塑性プラスチックを使用できます。

地下水処理システムは、地下水から溶解した汚染物質と沈殿物を取り除きます。処理システムは通常、沈殿槽とエアストリッパーまたは粒状活性炭で構成されます。地下水は抽出システムから処理システムに移され、沈殿物と溶解相の汚染物質が除去されます。その後、きれいな排水は排出されるか、承認された方法で除去されます。

ET Energy Limited 社は、現在、アサバスカ オイル サンドでビチューメンと重質油を熱回収するために、電気熱ダイナミック ストリッピング プロセス (ET-DSP) を使用しています。この電気熱プロセスは、励起電極を使用して地層に電流を誘導することで、電磁エネルギーを熱エネルギーに変換します。動作周波数と励起電極の間隔を変えることで、電流の経路と鉱床で発生する温度プロファイルをかなり制御できます。^[3]電気熱プロセスには、初期の地層注入性が非常に低いこと、熱伝達が悪いこと、注入された流体とガスの動きを適切に制御することがほぼ不可能であることに関連する問題がほとんどありません。^[3]

• マクミラン・マギー・コーポレーションのウェブサイト
• ET Energy Limited ウェブサイト