CN1344173A - 使流化床催化裂化的料油雾化的方法和装置 - Google Patents

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Abstract

一种液体雾化方法,包括:形成液体和气体的两相流体混合物,在压力下,将流体分成两个独立的流,使它们流入并且流经撞击混合区(22),在那里发生相互撞击混合形成两相流体的单一流。单一混合流流入并且流经剪切混合区(24),然后流入低压膨胀区(30),在那里发生雾化形成雾化液滴的喷雾。撞击混合区(22)和剪切混合区(24)分别包括位于喷嘴(10)内的流体通道(14)的上游部分(16)和下游部分(18)。本发明可用于在流化床催化裂化过程中雾化热油原料。

Description

使流化床催化裂化的料油雾化的方法和装置
技术领域
本发明涉及一种液体雾化的方法和装置，即与要求具有高过流量和低压力降的流化床催化裂化(FCC)过程一同使用的方法和装置。该方法包括形成热料油和分散气体例如蒸汽的两相流体混合物，将流体混合物分成两个独立的流，它们在压力下流经冲击混合区、剪切混合区，将两个流重新汇聚成单一流，流入一低压雾化区，在此发生雾化，形成雾化液滴的喷射。
背景技术
流体雾化是众所周知的技术，用于多种应用和工艺中，包括气溶胶喷射，施用杀虫剂和涂层，喷雾脱水，加湿、混合、空调，化学以及石油精炼工艺等。在许多应用中，加压流体(含或者不合雾化剂)被强制通过具有相对较小的孔口的雾化喷嘴，在孔口的下游侧发生雾化，雾化的程度由孔口尺寸、通过孔口的压力降、流体的密度、速度和表面张力等因素所决定。孔口尺寸越小，压力降越大，雾化程度就越高，液滴尺寸越小。
提高以高流速流动的相对粘稠的流体的雾化程度尤其具有挑战性，特别是对于可能用在流化床催化裂化工艺中的重石油原料。流化床催化裂化工艺广泛地应用于石油精炼工业，主要用于将高沸点石油转换成更具有价值的低沸点产品，包括汽油和中间馏出物例如煤油、喷气燃料、柴油和燃料油。
在流化床催化裂化过程中，经常将预热的原料与雾化增进流体例如蒸汽相混合以促进原料的雾化。雾化了的原料与向上流经一提升管的颗粒状的、热的裂化催化剂相接触，该提升管包括流化床催化裂化反应区。在反应区内，原料油滴的尺寸越小，就会导致更多的原料转换成有价值的产品，尤其是在流化床催化裂化原料中混合有重原料例如残油时。有时，不与上升的催化剂颗粒相接触的原料主要热裂化成甲烷和焦炭-一般是我们所不期望得到的产品。因此，已经有不断的努力去尝试发现更为经济可行的方法来降低雾化油的液滴尺寸，最好在通过喷雾器或喷嘴时不会产生不可接受的高压力降，并/或不会增加蒸汽或者其它雾化增进剂的用量。尝试这种努力的例子见于美国专利US5289976和US5173175，它们公开了一种原料尺寸的平均值，范围大约在400～1000微米。但是仍有必要对用于流化床催化裂化工艺的重原料油和用于其它工艺的其它流体进行更细的雾化。如果雾化的液滴尺寸能够降低到小于300微米的话，那么将是极为有利的。
发明内容
本发明的一个实施例包括一种液体雾化装置，该装置包括具有流体入口和流体出口的本体，并设计成限定一冲击混合区和一剪切混合区。这些区域位于入口和出口之间。流体入口包括一分离器，它能够将进入流分成至少两个流。冲击混合区包括至少一个冲击表面，它成形为使一个流体流的至少一部分与另一个冲击流相撞击，其中两冲击流之间的夹角在120°到240°之间。剪切混合区具有由第一尺寸和第二尺寸确定的横截面积，其中第一尺寸沿通过本体的纵轴线朝向流体出口的方向减小。
本发明的另一实施例包括一种液体雾化装置，该装置包括具有至少一个流体入口和至少一个流体出口，以及在入口和出口之间延伸的流体通道的本体。该通道限定一个冲击混合区和在该冲击混合区下游的剪切混合区。该通道还限定至少一个冲击表面，它成形为基本上垂直于通过本体延伸的纵轴线。冲击表面成形为使流经通道的流体的一部分径向向内流动(沿垂直于总体流动方向的方向)。剪切混合区具有由第一尺寸和第二尺寸确定的横截面积，其中第一尺寸沿通过本体的纵轴线朝向流体出口的方向减小。
本发明的另一实施例包括一种用于形成液滴喷雾的方法，该方法包括以下步骤：(a)形成包括气相和液相的两相流体的至少两个流；(b)使所述流到达冲击混合区，该混合区里，每个流的至少一部分与另一流的至少一部分相撞击以形成单一混合流，撞击流之间的夹角大约在170°到190°之间；(c)使所述单一混合流到达剪切混合区，将剪切混合力施加给单一混合流，以形成剪切混合流；以及(d)使剪切混合流到达一雾化区，在该区中，气相发生膨胀，液相的表面积增加，因此产生液滴的雾化。
本发明的另一实施例是一种用于形成液滴喷雾的方法，该方法包括以下步骤：(a)形成包括气相和液相的两相流体的一系列流；(b)使每个流的至少一部分与另一个流的至少一部分相撞击，以形成单一混合流，其中在撞击流之间的夹角大约在120°和240°之间；(c)使单一混合流承受剪切混合力，从而形成剪切混合流；(d)使剪切混合流中的气相进行膨胀，从而产生原料液滴的雾化。
本发明的另一实施例包括一种催化裂化方法，该方法包括以下步骤：(a)形成包括气相和液相的两相流体的至少两个流，液相包括一种流化床催化裂化原料；(b)使所述流到达一冲击混合区，在该区中，每一个流的至少一部分与另一个流的至少一部分相撞击从而形成单一混合流，在撞击流之间的夹角大约在120°和240°之间；(c)使单一混合流到达剪切混合区，将剪切混合力施加给单一混合流，以形成剪切混合流；以及(d)使剪切混合流到达一雾化区，在该区，气相膨胀，液相的表面积增加，因此产生原料液滴的喷雾；(e)使原料液滴的喷雾进入流化床催化裂化反应区；以及(f)在催化裂化条件下使原料液滴与催化裂化催化剂相接触。在一种实施例中，撞击区和剪切混合区包含于在此描述的喷嘴的一个实施例中。
本发明的另一实施例包括一种催化裂化方法，该方法包括以下步骤：(a)形成包括气相和液相的两相流体的一系列流，液相包括一种流化床催化裂化原料；(b)使每一个流的至少一部分与另一个流的至少一部分相撞击以形成单一混合流，其中在撞击流之间的夹角大约在170°和190°之间；(c)使单一混合流承受剪切混合力，从而形成剪切混合流；(d)将剪切混合流中的气相进行膨胀，从而产生原料液滴的喷雾；以及(e)在催化裂化条件下使原料液滴与催化裂化催化剂相接触。
在本发明的每一种方法和/或装置中，撞击流之间的夹角更好地是在大约175°和180°之间，最好是大约为180°。
附图说明
图1(a)是一个喷嘴的实施例的轴向下游方向视图，向喷嘴的流体入口方向看。图1(b)是图1(a)中的实施例的沿1(b)-1(b)轴线方向的剖面侧视图。图1(c)是示于图1(a)中的实施例的轴向上游方向视图，向喷嘴的流体出口看。图1(d)是示于图1(a)中的实施例的沿图1(b)中的1(d)-1(d)轴线方向的剖面顶视图。
图2(a)是喷嘴的另一个实施例的剖面侧视图。图2(b)是图2(a)中的实施例的轴向上游方向视图，朝喷嘴的流体出口看。图2(c)是示于图2(a)中的实施例的剖面顶视图，其中包含一个喷雾分配器的实施例。图2(d)是可用于组成图2(a)中的实施例的板的一个实施例。为了清楚起见，流体通道内的板线(platelet lines)在图2(a)和2(c)中没有示出。
图3(a)是喷嘴的另一个实施例的轴向下游方向视图，朝喷嘴的流体入口的方向看。图3(b)是图3(a)中的实施例的沿3(b)-3(b)轴线的剖面侧视图。图3(c)是示于图3(a)中的实施例的轴向上游方向视图，朝喷嘴的流体出口看。图3(d)是示于图3(a)中的实施例的沿图3(c)中的3(d)-3(d)轴线方向的剖面顶视图。
图4(a)是喷嘴的另一个实施例的剖面侧视图。图4(b)是示于图4(a)中的实施例的轴向上游方向视图，朝喷嘴的流体出口看。图4(c)是示于图4(a)中的实施例的剖面顶视图，其中包含喷雾分配器的另一个实施例。
图5是与为喷嘴供料的流体管流体连通的喷嘴(和喷雾分配器)的剖面图。
图6(a)是喷嘴的另一个实施例的轴向下游方向视图，朝喷嘴的流体入口的方向看。图6(b)是图6(a)中的实施例的沿6(b)-6(b)轴线的剖面侧视图。图6(c)是示于图6(a)中的实施例的沿图6(a)中的6(c)-6(c)轴线方向的剖面侧视图。
图7是应用了一个喷嘴的实施例的流化床催化裂化原料注入设备的横剖面图。
图8所示的是一种流化床催化裂化方法，其中可包含所述喷嘴或者所述方法的一个实施例。
具体实施方式
在此所说的流体流经的其面积或者区域的横截面积应当是垂直于图中所示的x轴线、由y轴和z轴上的尺寸来确定的面积。在此所说的“沿”其轴线是指沿图中所示的该轴线或基本平行于该轴线。在此所说的喷嘴本体或者流体通道的纵轴线沿着x轴线，或者是流经喷嘴的流体总体的轴线。
流入喷嘴10中的两相流体可以是气相连续的或者液相连续的(gas-continuous or liquid-continuous)，或者也可以是泡沫，不能确定是一相连续或者两相连续的。这还可以进一步通过参考开孔海绵和闭孔海绵来理解。海绵一般具有1∶1的空气与固体的体积比。开孔海绵的气体(空气)与固体均是连续的，而闭孔海绵固态是连续的，包含不连续的(离散的)气室。在开孔海绵中，固态包括薄膜和条带(就如在气-液两相泡沫中那样)。在闭孔海绵中，气体可以包括分散在固态中的离散小气球。一些海绵介于开孔海绵和闭孔海绵之间，正如某些两相流体包括气相和液相。
不可能存在这样的海绵，即它是气相连续的，而不是固态连续的，但是可能存在仅仅气相连续的两相气液流体。因此，当它流进并通过本发明的混合喷嘴时所产生的流体的特定形态不总是确知的。流入喷嘴内的流体中必须存在足够的气体用于碰撞和剪切混合，以便提高液相的表面积。这反映在雾化前或者雾化过程中采取的以下措施：(i)降低任何液相薄膜的厚度；(ii)减小任何液相流的厚度和/或长度；以及(iii)减细流体中的任何液滴的尺寸。在实践中，在喷嘴10中的以及流经一个或者更多个孔口时的冲击和剪切混合仅发生于包括气相和液相的两相流体中。
流体中气体的体积最好占绝大多数(例如气体的体积与液体的体积比至少为2∶1)，以实现有效的剪切混合。流经喷嘴10的单相流体(例如液体)的动能的增加直接与通过喷嘴10的压力降成比例。在两相流体中，气相速度相对于液相速度的增加发生于以下区域，(i)在撞击混合区22；(ii)在剪切混合区24，以及(iii)当流体流经一个横截面积比流体入口14a(压力降口)上游的流体管的更小的孔口时。
气相与液相之间的速度差导致液体形成带状体(1igamentation)，尤其是对于粘稠液体比如热的流化床催化裂化原料油。形成带状体意味着液体可以形成拉长的小珠或者细流。在剪切混合的过程中速度差缩小。这样，使两相流体流经降压孔或者在撞击混合区22进行混合，将会在气相和液相之间产生速度差，从而由于液体剪切成延长的条带和/或分散的液滴，而导致在气体中产生液相的条带和/或液体的分散。当流体进入喷嘴10的流体入口14a(开孔26，26’)，并且通过一个或者多个位于流体通道14内的雾化孔口(s)时，液体将产生附加剪切变形。附加剪切变形使得雾化喷雾中的最终的液滴尺寸进一步减小。喷嘴出口14b(孔口30)的横截面积最好小于流体开孔26，26’的横截面积之和。
喷嘴10还包括比雾化孔口的上游压力更小的低压雾化区68。雾化区68可以在喷嘴10内形成，或者可以成形为与喷嘴10相连接的雾化分配器64的一部分。因此，流经雾化孔口的流体中的气体快速膨胀，从而导致液态细流和/或液滴分散进雾化区68。在雾化过程中，液态细流分解成两个或者更多个液滴。雾化区可以是分散的、很容易被识别的孔口，在剪切混合区24下游，或者它可以包括如图6(b)中所示的位于剪切混合区24内的最小的横截面积区68。在后一种情况下，在剪切混合区24中开始流体雾化。
从技术上最严格地讲，雾化可以指当将蒸汽或者其它雾化汽混合或者注入即将被雾化的液体中时增大液体的表面积。在本发明的上下文中，雾化指的是当流体流经雾化孔口时，液相分解，或者开始分解成气相中的离散质量，并且一直向下游持续，从而使液体雾化成分散于气相中的液滴雾。
本发明包括雾化液体的方法和装置，其中液体经历撞击和剪切混合。撞击混合和剪切混合均发生于沿纵向延伸穿过中空的喷嘴10的内部的流体通道14内，该喷嘴限定至少一个膨胀区20，一个撞击混合区22和一个剪切混合区24。流体通道14在两端开口(流体入口14a，流体出口14b)。流体入口14a位于喷嘴的上游端16，流体出口14b位于喷嘴的下游端18。
在本发明的方法实施例中，至少有两个包括气相和即将被雾化的液相的两相流体的独立流，在压力作用下同时相继地流经撞击混合区22和剪切混合区24。在撞击混合区22，所述独立流通过每个流的至少一部分彼此相互碰撞或者撞击混合形成单一混合流。
在撞击混合区22，分离的流大部分(50％)通过撞击而混合。剪切混合意味着混合大部分是通过剪切力发生的。当流之间的半角在至少15°至90°之间时，即当撞击流之间的总夹角范围在大约30°至180°之间时，两个流之间发生撞击混合，当夹角为180°时，产生最为猛烈和混乱的混合。当半角范围在大约0°至15°之间时，发生剪切混合。
在实践中，在撞击混合区22内的每一个流的至少一部分(例如≥20％)还具有平行于下行流动方向的流动分量，因此在区域22内，并不是所有的混合均通过撞击发生。在最佳实施例中，每一个流的至少外侧或者四周部分指向撞击混合区22中的另一个流，角度最好为90°±30°，在流体纵向流动方向(流体流的通常或总体方向)的法向，该角度为90°±10°更好，90°±5°更好，90°±2°还要好，最好就是约90°(或基本上平行于图中所示的y轴线)。撞击混合区22和剪切混合区24中的流体膨胀被最小化了
撞击混合区22、剪切混合区24和雾化区68都是流体连通的，在撞击之后，混合流通过剪切混合区24，在这里，混合流进一步混合。冲击和剪切混合区22、24可以分别由流体通道14的上游部分和下游部分构成。撞击混合区22的下游端与剪切混合区的上游端在二混合区的交界处流体连通。通过撞击和剪切混合而施加于流体的动能形成单一流，当雾化时，该单一流产生分散在气体连续相中的小液滴。分散在气相中的液滴或小液滴的平均尺寸在通过喷嘴后比在喷嘴上游时更小(例如，至少小10％，最好小至少50％)。
剪切混合区24与一雾化器或雾化分配器64中的雾化区68流体连通，或如本文所述，雾化区68可以形成为剪切混合区24的一部分。
雾化器可以包括一个横截面积比剪切混合区24中的最小横截面积还要小的孔，形成穿过雾化器的压力降，导致两相流体进入低压雾化区68时进一步剪切。例如，在图4(a)中，雾化器可以包括分配器入口158或者喷嘴孔口30。这种剪切也会进一步降低液滴的尺寸。当流体流入雾化区68时，它迅速地膨胀，产生雾化液滴的喷雾。这种迅速的膨胀和液滴喷雾的发生包括雾化。
剪切混合区24的流体出口与喷雾分配器64相连通，该喷雾分配器64将喷雾成形为我们所期望的形状。喷雾分配器64可包括部分雾化区68，也可以包括或者不包括部分喷嘴10。喷雾分配器64最好用于在雾化前使液相的聚结最小化。在另一实施例中，剪切混合区24可以与雾化器相连通，该雾化器包括一个两端均开口的中空流体管开口、一个雾化孔口及其下游端的喷雾分配器。在本实施例中，所述管的垂直于流体流动方向的横截面积最好大于剪切混合区24和雾化孔口的最小横截面积。这样，当流体流经雾化器时，液相物的凝聚或者聚结最少。
该方法和装置对于将大体积的热原料油进行雾化，并且使之流入流化床催化裂化设备的提升管反应区是有利的，以实现雾化原料液滴的相对小的液滴尺寸和均一的液滴尺寸分布，而又使过混合区22，24和雾化器的压力降最小。例如，当小于50，最好小于40磅每平方英寸(磅/平方英寸)的压力降通过喷嘴时，用4英寸直径的喷嘴，可以每秒雾化30磅的热原料油。当用于流化床催化裂化原料油的雾化时，喷嘴10包括原料注射器182(看图7)，它将喷嘴10装在其中，就如随后所述。一般采用多个原料注射器182，最好位于接近于提升管底部的流化床催化裂化反应区的上游端的四周。热原料油通常与喷嘴10上游的蒸汽(和/或分散/雾化气)相混合，形成包括蒸汽和热的流化床催化裂化原料油的液相的两相流体。该混合物还会提高两相流体的流动速度。众所周知，蒸汽和油在喷嘴10上游的混合一般在原料注射器182中通过蒸汽或者其它的分散气体喷射设备来实现。
两相流体流最好用分离器28分裂成两个单独的流。比如在如图5所示的实施例中，两个流同时流经分离器28，通过两个分离的流体开孔26，26’。分离器28可以适当地定位于流体入口14a处，以便分离器28和流体通道14形成至少两个流体开孔26，26’。流体开孔26，26’最好是对称地完全相同，距离流体通道14的纵轴线(图中的x轴)是等距离的。
在撞击混合区22，每一个流被施加一流动分量，其流向为径向向内，最好是垂直于流体通道14的纵轴(也就是说，沿或者基本上平行于图中的y轴)。该流动分量指向另一个具有径向向内的相应流动分量的流的至少一部分。每一个流的至少一部分与另一个流相撞击，从而产生湍流的撞击混合，伴随着液滴尺寸的减小。然后，得到的混合流体流流入剪切混合区24以进一步混合，压力降比发生于撞击混合区22的压力降更低。然后，混合流流入低压雾化区68。
雾化孔口的垂直于流体流动方向的横截面积一般小于流体管的横截面积。(此页在国际阶段未考虑)侧壁之间的面积形成流体通道14，后者可以具有总体上为矩形的横截面。
流体通道14的横截面积可以通过改变至少一对相对的侧壁的至少一部分之间的距离来进行变化，所述距离或者是在沿y轴的第一维度，或者是在沿z轴的第二维度。在一些实施例中，剪切混合区24的横截面积沿流体出口14b的方向减小或收敛。在其它的实施例中，剪切混合区24的横截面积在朝流体出口14b方向的部分路段上减小，然后可以随着区域24继续接近出口14b而增大。横截面积可沿任意方向(第一和第二维度(s))变化，也就是说，可沿z轴或者y轴变化。流体通道14的横截面积在撞击混合区24的上游端，接近于流体的孔26，26’处最大。在其它的实施例中，由于沿y轴的距离降低的速度与沿z轴方向的距离增加的速度相同，所以剪切混合区24的横截面积将保持不变。
图1(a)-1(d)示出的是喷嘴10的一个实施例。喷嘴10包括本体12，其内部包括一个单一的、整体的、大体上呈纵向的具有流体入口14a(开孔26，26’)和流体出口14b的流体通道14。流体通道14的纵轴线(x轴)与喷嘴10的纵轴线(x轴)重合。流体通道14的上游端和下游端分别位于喷嘴10的相应的上游端16和下游端18处。
看图1(b)，流体通道14的横截面为矩形，分成三个连续的区域(膨胀区20、撞击混合区22和剪切混合区24)，它们均流体连通，并与相邻的区域直接流体连通。
参看图1(a)，流体入口14a包括一对对称相同的、圆缺形的流体开孔26，26’，由分离器28分开。分离器28包括大体上呈矩形的、将流体入口14a等分的板，将流动的两相流体分裂成两个分离的流，流经流体开孔26，26’。分离器28的边缘形成各相应流体入口26，26’的弦部。
流体通道14的下游端包括非圆形出口孔口30。在本实施例中，孔口30是方形的，虽然也可以采取其它形状，但是非圆形孔口30更好。孔口30可以也可以不包括雾化器或雾化区的至少一部分。孔口34的非圆形形状还会产生比圆形或者弓形孔口更为均一的雾化油滴尺寸分布。
参看图1(b)-1(d)，如图所示，流体通道14由两不同的相对侧壁对(36-38-23)-(36’-38’-23’)和34-34’组成。壁34和34’是完全相同的、平坦的、相互平行的矩形平面，而36-38-23和36’-38’-23’是对称的。在一对壁上的相同点距离纵轴对每个壁来说是等距的，壁(36-38-23)-34和(36’-38’-23’)-34’的相交各自形成直角，虽然在一些实施例中，这些交叉处是弧形或圆角的。壁36-38-23和36’-38-23’在上游以垂直于喷嘴10的纵轴的拱形或者圆形开始，基本上与原料管164(看图5)和流体开孔26，26’的圆形或者拱形的形状一致。流体通道14的形状沿流体通道14一直持续至剪切混合区24的入口处的台阶38-38’在此也称作撞击混合表面)。在剪切混合区24，流体通道14的形状可以变化为大体上是平坦的、四边形形状，一直持续到孔口30，以便更有效地利用撞击混合动量。
流体开孔26，26’沿直径方向相对，在径向上与纵轴等距离地间隔。开孔26，26’的横截面积之和小于膨胀区20的横截面积，但是大于紧接台阶38，38’的下游处的横截面积，以降低流体进入剪切混合区24的压力降。流体开孔26，26’是速度增加的开孔，因为它们的横截面积小于流体管164的横截面积，如图5中所示。
参看图1(b)，两相流在分离器28上分成两个相等的流，通过开孔26，26’流入流体通道。分离器28上的压力降对某些用途来说可能太高，因此可以采用将流体引入喷嘴的低压力降装置。流经开孔26，26’进入膨胀区20使流体受到剪切力，这是因为更轻的气相比更重的液相加速更快。膨胀区20是一受控膨胀区20，即与在雾化区68中一样，不允许流体自由地膨胀。膨胀区20可以使压力降降低，如果不存在膨胀区的话，压力降则不会降低。
两个流的至少四周部分直接碰撞或者撞击到直角台阶(撞击表面)38-38’上，在碰撞混合区22内，被强制径向向内，直接与另一个撞击流直接碰撞。在一个具有直角碰撞表面或者台阶38-38’的实施例中，撞击流之间的夹角为180°。这样，在垂直于x轴方向的y-z平面内形成碰撞表面。该撞击使两个流的径向向内的分量基本上沿着流体通道14的纵轴方向，以产生最大程度的撞击混合。
当流体继续向下游运动时，它进入剪切混合区24，这里，横截面积向下游方向减小，从而提高流动速度，从而主要在剪切力作用下进一步降低液滴的尺寸。由于从撞击混合区22到剪切混合区24，没有发生突变，因此剪切混合基本上从台阶38-38’的下游开始。确定剪切混合区24的一对相对侧壁23，23’是倾斜的，朝向孔口30向内收敛。剪切混合区24的横截面积的逐渐减小使得流体速度提高，最大的流体速度最好发生于孔口30处。
在没有图示的另一个实施例中，来自包括气相和液相的两相混合物的任何方便的料源的两个独立流通过开孔26，26’流入流体通道14中。在本实施例中，两个独立供料管路的尺寸必须能获得我们所希望的流体输入速度。
图2(a)所示的是喷嘴10的另一个实施例，由多个层叠的金属板50-62制成。为了清楚起见，没有示出板50-62在通道14内的交线。在各金属板上加工有所要求的通道，例如穿透金属板的孔、槽或者口。然后把它们叠起来，用螺栓和/或扩散键结合起来(diffusion bondedtogether)，形成喷嘴10。从上游端16开始，板50由具有两个圆缺形开孔26，26’的圆盘构成，所述圆缺形开孔由类似于图1(b)所示的分离器28形成。图2(d)示出了板56。板56在孔口15的相对侧包括两个肩部80，80’。确定肩部80，80’和孔口15的尺寸，并且成形为合适地确定撞击表面(台阶)38，38’。向下游继续向前，每一块相继的板的孔口15的尺寸如图中所示减小，与图1(b)中所示的剪切混合区24的收敛类似。虽然每一块相继的圆盘57-62的径向向内的台阶没有大到足以象肩部80，80’那样对流体施加那么大的径向向内的动量，但是它们仍对流体施加径向向内的混合分量。确定剪切混合区24的板的孔口15具有变化的第一尺寸，其中确定剪切混合区24的每一块板的孔口15的第一尺寸小于位于其前面的板的孔口15的第一尺寸。确定剪切混合区24的至少一块板的孔口15最好具有变化的第二尺寸，其中确定剪切混合区24的每一块板的孔口15的第二尺寸大于位于其前面的板的孔口15的第二尺寸。
参看图2(a)，喷嘴10还可以包括位于下游端10和与流体出口14b流体连通的喷雾分配器64，以便使雾化的液体产生基本上扇形的平面喷雾。分配器64可以通过焊接、螺栓连接、铜焊或者其它方式与喷嘴10相连接，形成其一部分。如图所示，分配器64包括翼缘63，以便允许分配器有效地与喷嘴10相连接。分配器64具有穿过它的通道70(带有入口70a)，成形为基本上与孔口30同样的大小和/或形状，但通道70的横截面积可以适当地变化，以有助于形成所希望的喷雾形状。
通道70向下游方向开口，形成大体上为发散的平面扇形喷雾分配嘴71，它由相对的侧壁对66-66’和74-74’确定，从而形成扇形雾化区68。如图2(a)所示，当向孔口72的方向前进时，雾化区68具有垂向(沿y轴)可以收敛或者减小的第一尺寸，以便在入口处的第一尺寸大于出口处的尺寸，从而控制剪切混合的速度。然而，在一些实施例中，区域68的第一尺寸可以保持不变。当向孔口72的方向前进时，雾化区68具有发散的或者增加(沿z轴)的第二尺寸，以便在出口处的第二尺寸大于入口处的第二尺寸。喷嘴71在孔口72处终止。孔口72可以沿垂直于向外流动的喷雾的方向进行定位，并且沿z轴具有最长的尺寸，最好具有圆的或者圆角的端面(壁74，74’)。壁74，74’大体上具有相同的曲率，但是在一些实施例中，其曲率可以彼此独立的进行选择。弯曲部分最好是圆形的。最佳的曲率半径大约为通道70沿y轴的尺寸的一半。当没有什么要求时，每一壁74，74’的曲率半径中心大体上位于y轴的中心点(第一尺寸的中心点)附近。在一些第一尺寸沿x轴变的实施例中，曲率半径也可以变化。
在没有图示的另一实施例中，尺寸的收敛和/或发散可以沿不同的轴，但是最好沿具有90。间隔的轴。通道70，或者区域68的第一和第二尺寸最好在相对侧壁之间的间隔最宽点进行测量，也就是说，在弯曲部分距离中心点或者纵轴或者通道70的最宽点。
在另一实施例中，入口70a的沿z轴的宽度至少大约为分配器长度(沿x轴测量)的1.5倍，在出口孔口72处的宽度至少约为入口70a的宽度的1.5倍。
流出孔口30的流体进入雾化区68和通道70，以进一步剪切流体，从而进一步减小液滴尺寸。膨胀区68比孔口30处压力更低，导致气相快速膨胀，从而使液体雾化产生液滴的喷雾。这进一步剪切液滴，雾化喷嘴71的扇形形状使流入如图7所示的流化床催化裂化提升管反应器的反应区中的液滴产生扇形喷雾。
图3是喷嘴10的另一实施例，它以一种在前面描述的其它实施例中的方式进行操作和成形。看图3(c)，出口孔口30具有圆弧形侧端部130，130’最好为全圆角形full-radiused)，沿z轴的尺寸大于沿y轴的尺寸，与前面描述的图2(b)中所示的类似。圆弧形端部130，130’最好为全圆角形，以便与分配器64的全圆角形端部相对应。如图3(b)和图3(d)所示，剪切混合区24由两对径向相对的侧壁126，126’和130，130’来确定。壁126，126’在下游方向向内收敛，壁130，130’在下游方向向外发散。其产生的净效果是剪切混合区24的横截面积基本上保持不变，或者是先减小或者收敛，然后发散或者增加到约比剪切混合区24的最小横截面积大10～50％。
换句话说，剪切混合区24具有沿y轴方向的第一尺寸，它朝向出口30方向减小，和沿z轴方向的第二尺寸，最好在朝向出口30的方向增大。
壁的发散和收敛的设计产生比图1中所示的实施例具有更低的流体压力降的剪切混合区24。与图1所示的实施例相比，它还降低了在剪切混合区24内液滴聚结的可能性。
通向剪切混合区24的入口由台阶38，38’径向向内的边缘和壁124-130和124’-130’的交叉形成。通向剪切混合区24的入口处的横截面积小于开孔26，26’的横截面积之和，以便当流体流入剪切混合区24时使其流速提高。在本实施例中，剪切混合区24的发散和收敛使得流体流基本上呈可以具有如图3(c)所示的圆弧形端部的矩形的形状。该形状使得流体平稳地从喷嘴10流入分配器64。
图4(a)-(c)示出的是在图3(a)-3(d)中所示的实施例的基础之上，另加以前述传统方式连接于喷嘴10上的喷雾分配器64。如图9所示，喷雾分配器64包括大体上为扇形的本体152，内含扇形流体通道154，该通道由相对的且向外发散的侧壁155，155’限定而成，侧壁155，155’用来控制雾化的流体的膨胀，使之形成扇形喷雾。侧壁155，155’构成通道154的圆形的、完全圆角的侧端部，该通道最好至少沿通道154的轴发散，以便形成扇形喷雾。图3(a)-3(d)和图4(a)-(c)所示的实施例包括如图所示的圆弧形侧壁126，126’。喷雾分配器64的流体入口158在形状上与喷嘴10中的孔口30相对应，分配器64的流体出口160更大，以便允许液滴的雾化喷雾继续膨胀形成扇形喷雾。通道154内的压力低于喷嘴流体通道14内的压力。流出喷嘴10且流入流体通道154的混合流体雾化为扇形液滴喷雾，流经出口160，进入图7所示的流化床催化裂化提升管反应。图5所示的是雾化喷嘴10和分配器16的断面图，还包括上游流体管164。管164为两相流体提供流动通道，以便通过流体入口14a(开孔26，26’流入喷嘴10。
图6(a)-(c)示出的是雾化喷嘴10的另一个实施例，其中雾化区115构成剪切混合区24的一部分。另外，图6(a)-(c)中的喷嘴10的工作过程类似于前面已经描述过的实施例。如图6(a)所示，如果分离器28上的压力降不太大的话，流体开孔26，26’不必完全是圆缺形的。
看图6(b)，剪切混合区24具有一个形状复杂的流动区，在朝向孔口30的方向，它的横截面积首先减小，然后增大。喷嘴的沿6(b)-6(b)和6(c)-6(c)的两个局部剖视图示于图6(b)和图6(c)中，以便说明剪切混合区24的复杂形态。雾化区115包括位于剪切混合区24内的最小横截面积区。区域115最好位于邻近或者靠近孔口30处。雾化区115还可以终止于孔口30处。孔口30最好具有与在前述实施例中描述的孔口相同的尺寸和形状。
如图所示，剪切混合区24的第一尺寸至少在剪切混合区24的一部分内以第一速度朝向流体出口14b的方向减小，然后在剪切混合区24的剩余部分内以第二速度朝向流体出口14b的方向继续减小。剪切混合区24的第二尺寸最好在剪切混合区24的至少一部分内以第一速度朝向流体出口14b的方向增大，然后在剪切混合区24的剩余部分内以第二速度朝向流体出口14b的方向继续增大。
工作时，当两相流体流经通道14且流入低压雾化区115时，雾化区115的低压区内的快速气体膨胀和比高密度的(不可压缩的)液相更轻的可压缩气体的快速加速激起雾化。这导致在不同相之间的剪切，直至它们的速度更为接近相等。剪切力减小了雾化喷雾中的液滴的最终尺寸。
喷嘴10可以用各种方法制造。可以用失蜡或者熔模铸造工艺，或者锻造和其它的铸造工艺。喷嘴10可以由合适的陶质或者金属材料制成，或者二者的组合材料制成。如图2(a)-2(d)所示，喷嘴10的制造采用多个叠放的、相对薄的金属板或者小板来形成其中具有流体通道14的本体12，这在例如美国专利US3881701A和US5455401A中公开过，用于火箭发动机和等离子体切割。这种制造技术也可用于制造本发明的喷嘴10，包括总体上在图1-6中公开和显示的实施例，本发明的喷嘴也是使用这种技术制造的。然而，本发明并不局限于仅仅使用这种技术制造喷嘴。
参看图7，显示的是含有所示一个或者多个实施例的流化床催化裂化原料注入设备180。设备180包括中空的原料注射器182，它通过186，188与原料喷嘴装置184相连接。原料喷嘴装置184图中还作为穿透流化床催化裂化提升管206的壁190进入提升管反应区192的管。从图8中可清楚地看到，提升管206最好是圆柱体形，中空的，基本上垂直布置的管。在反应区192，至少一部分雾化油原料300与不断上升的、热的催化颗粒相接触，原料300裂化成更有用的、沸点更低的碳氢化合物产品。为方便，仅示出了提升管206的一部分。
原料注射器182包括中空的导管194，预热的油原料300通过供油管路196流入其中。供油管路196与原料注射器182的上游部分的壁形成T形连接。原料注射器182的下游部分包括喷嘴10，最好还有喷雾分配器64，为方便起见，二者均用框符表示。喷雾分配器64使雾化的油原料300产生较平的扇形喷雾，进入反应区192。
直径或横截面积小于注射器导管194的蒸汽喷射导管198伸入导管194并与其纵轴线共轴。在本实施例中，导管194，198的中央纵轴是重合的。这为注射器出口端上游的热油原料300提供了环形的流动通道197。蒸汽导管198终止于注射器导管194内，喷嘴10的上游。多个孔洞或者孔口199径向钻在导管198的下游端部分的四周。孔洞198使蒸汽径向向外喷射，进入环形流动通道197，以便与流经通道197的热油原料300相混合，从而产生包括分散于蒸汽中的热油的小滴的两相流体。喷入热油原料300中的蒸汽量大约占热油原料300重量的1至5％。以体积比来说，所得到的流体混合物一般包括75～85％的蒸汽和15～25％的热油原料300，该混合物到达喷嘴10，被其分成两个分离的流，如前所述进入喷嘴10与热油原料300进行混合并使其雾化。
热油原料液滴300的雾化喷雾进入反应区192，与热的催化颗粒(图中未示出)的向上流动的流相接触，将重油原料300催化裂化为所希望的低沸点产品。
图8是传统的流化床催化裂化方法，它含有本发明的一个或者多个实施例。流化床催化裂化设备200包括一个流化床催化裂化反应器202和再生器204。反应器202包括原料提升管206，该原料提升管206包含反应区192。反应器202还包括一个蒸汽-催化剂分离区210和包含多个导流片214的反萃区(stripping zone)212，这些导流片看起来像一排排的斜屋顶的金属“小屋”。通过管路216将一种适当的反萃剂，例如蒸汽引入反萃区。被反萃的、用过的催化剂颗粒通过输送管路218输送进再生器204。
预热的流化床催化裂化原料通过管路220在原料喷射点224进入提升管206的底部。预热的原料300可以也可以不与预定数量的蒸汽预先混合。图6中所示的原料注射器182位于224处，但是为简单起见，在图8中并未示出。在实践中，多个原料注射器182，例如图7中所示的那些，位于提升管206的四周。蒸汽可以通过管路222进入原料注射器182中。热原料300的雾化液滴与提升管中的催化剂颗粒相接触。这使得原料汽化并且催化裂化成更轻的、沸点更低的成分，这些成分包括在汽油的沸点范围内(一般是100°～400°F，30～205℃)的成分，以及沸点更高的喷气燃料，柴油，煤油或者类似物。
流化床催化裂化催化剂可以包括任何合适的传统的催化裂化催化剂。催化剂可以包括那些本领域普通技术人员熟知的包含沸石分子筛裂化组分(zeolite molecular sieve cracking component)在内的二氧化硅和氧化铝的混合物。
当原料300与提升管206中的热的催化剂相接触时，流化床催化裂化反应开始，并且持续到产品蒸汽在分离区210中与用过的催化剂相分离为止。裂化反应淀积出可反萃的(strippable)碳氢化合物和不可反萃的含碳物质例如焦炭，从而产生用过的催化颗粒，这些颗粒必须被反萃，以便除去和恢复可反萃的碳水化合物。然后通过在再生器中燃烧掉焦炭再生出催化剂。
反应器202在分离部分210中包括旋风分离器(图中未示出)。旋风分离器将裂化的碳氢化合物蒸汽产品和反萃的碳氢化合物(如蒸汽)从用过的催化剂颗粒中分离出来。碳氢化合物蒸汽通过管路226提取出来。碳氢化合物蒸汽一般被注入蒸馏设备或分馏器(图中未示出)，它们将蒸汽的可凝结部分凝结为液体，将液体分馏成单独的产品蒸汽。
用过的催化剂颗粒流向反萃区212，与反萃媒体例如蒸汽相接触。蒸汽通过管路216流入反萃区212，将在裂化反应中沉淀在催化剂上的可反萃的碳氢化合物除掉。这些蒸汽通过管路226与其它蒸汽产品一起提取出来。导流片214在反萃区212的宽度上均匀地将催化剂颗粒分散开，并使反萃区212内的催化剂颗粒的内部回流和逆向混合最小化。用过的、反萃了的催化剂颗粒通过输送管路218从反萃区212的底部移走，进入再生器204中的流化床228。
流化床228中的催化剂颗粒与通过管路240进入再生器中的空气相接触。一些催化剂颗粒流入分离区242。空气将碳的沉淀物进行氧化和燃烧，再生出催化剂颗粒，并将它们加热至一般大约为950°～1400°F(510～760℃)的温度范围。再生器204包括旋风分离器(图中未示出)，它将热的再生催化剂颗粒从气体燃烧产物，或者烟气中分离出来，这些气体大多数为CO2、CO、H2O和N2。旋风分离器将再生催化剂颗粒通过浸入管(图中未示出)送回流化催化剂床层228，这是本领域普通技术人员熟知的技术。
流化床228支承于一个气体分配器格栅244上，后者用虚线表示。流化床228内的热的再生催化剂颗粒溢出溢流堰246，后者由漏斗248的顶部形成，漏斗248的底部与下导管250的顶部相连接。下导管250的底部与再生催化剂输送管路252相连接。溢流出来的再生颗粒向下流经漏斗248、下导管250，进入输送管路252，从而返送回反应区192。烟气通过管路254从再生器的顶部排出。
用于流化床催化裂化方法中的催化裂化装置原料一般包括柴油，它是一种高沸点的非残留油，例如真空柴油(VGO)，直馏(常压)柴油，轻催化裂化油(LCGO)以及炼焦柴油。这些油的初沸点一般大约高于450°F(232℃)，更常见的是约高于650°F(343℃)，终沸点为1150°F(621℃)以下，与直馏或者常压柴油以及炼焦柴油一样。另外，流化床催化裂化原料中可以混合入终沸点高于1050°F(566℃)(例如1300°F(704℃)以下或者更大)的一种或者多种重原料。重原料包括，例如全原油和常压重油，原油、沥青和沥青烯的常压和真空蒸馏的残油或者残渣，重石油、焦油砂油和页岩油热裂解产生的焦油和循环油，以及来自煤的液体，合成石油，等等。这些产品在流化床催化裂化原料中的量按体积可以占混合物的2～50％，更典型的是体积占5～30％。
重油原料一般包含有太多的我们所不希望的成份，例如芳香族和包含杂原子尤其是硫和氮的化合物。因此，经常要对这些原料进行处理或者改良，以便降低我们所不希望的化合物的含量，方法例如是加氢处理、溶剂萃取、固体吸附剂例如分子筛和类似物等，这都是我们所熟知的。
典型的流化床催化裂化反应条件为：温度范围为大约800°-1200°F(427～648℃)，更好的范围是850°～1150°F(454～621℃)，最好是900°～1150°F(482～621℃)，压力范围大约为5～60磅/平方英寸，更好的范围是大约为5～40磅/平方英寸，原料/催化剂的接触时间大约为0.5～15秒，最好的范围是1～5秒，催化剂对原料的比率是0.5～10，最好为2～8。流化床催化裂化原料预热至温度不超过850°F(454℃)，最好不大于800°F(427℃)，典型的范围为500°～800°F(260～427℃)。
参考下面的非限定性例子可以更好地来理解本发明。
实施例
在本试验中，在设计上类似于图7所示、带有在设计上类似于图4中的雾化喷嘴的雾化注射器与经过市场检验的类似于美国专利US5173175的公开的开槽和扇形设计进行了比较。该商用喷嘴看起来象一根带有包含矩形槽孔的端盖的管子，带有沿下游方向发散的平面扇形雾化喷嘴。两个喷嘴都包括扇形雾化分配器或喷嘴，并且按照典型的商业喷嘴的一半的尺寸制成。除了喷嘴的设计不同之外两种情况下的注射器都是一样的。两个注射器都产生平面扇形喷雾，并且水平进行安装和定位，以便在Malvern粒度分级器的激光束的路径上产生沿垂直方向宽度最大的平面扇形喷雾。该粒度分级器用于测量液体喷雾的特性，是众所周知的。每一个与特征液滴尺寸范围相关的光衍射图案通过傅里叶转换透镜聚焦于一个多元素光电探测器(multi-element photodetecter)上。光的能量分布通过计算机转换为相应的液滴尺寸分布。
气态氮用于模拟气相物，液态水用来模拟液相物。
通过改变水和氮的流动速度进行了多组对比试验，假定一个Rosin-Rammier分布函数，计算出沙得(Sauter)平均液滴直径。两种不同的喷嘴设计的结果比较列于下表。
 注射器类型        水(质量磅/秒)               氮(标准立方英尺/秒(scf/sec))  沙得(Sauter)平均直径(微米)
  商用喷嘴       4.93              0.93       283
      4.99              0.39       442
      4.47              0.62       313
      3.64              0.40       451
      3.53              0.94       253
  本发明       4.84              0.93       252
      4.97              0.40       342
      4.36              0.63       291
      3.46              0.39       262
      3.52              1.00       162
在所有情况下，在水和氮的流动速度可比时，本发明的喷嘴产生的雾化喷雾比商用喷嘴产生的雾化喷雾具有更小的Sauter平均直径的液滴。这就表明采用本发明的喷嘴将取得更好的雾化效果。
应当理解，在本发明的实践中，各种其它的实施例和修改对本领域普通技术人员都是很明显的，很容易作出而不偏离上面所描述的本发明的范围和精神实质。因此，并不意味着所附权利要求所限定的保护范围局限于上面说明书所作的描述，而应将权利要求解释为包含本发明中的所有具有可专利的新颖性的特征，包括那些本领域普通技术人员视为等同技术的所有特征和实施例。

Claims (60)

1.一种液体雾化装置包括：
包括流体入口和流体出口的本体，所述本体成形为限定一个撞击混合区和一个剪切混合区，所述区域位于所述入口和所述出口之间，所述流体入口包括能够将输入流体流分裂成至少两个流的分离器；
所述撞击混合区包括至少一个撞击表面，所述撞击表面成形为使流体的至少一部分与另一个撞击流相撞击，其中两个撞击流之间的夹角大约在120°和240°之间；以及
所述剪切混合区具有由第一尺寸和第二尺寸确定的横截面积，其中所述第一尺寸沿通过所述本体的纵轴方向向流体出口的方向减小。
2.按照权利要求1所述的装置，其中所述撞击混合表面成形为基本上垂直于流经所述本体的流体的总体方向。
3.按照权利要求1所述的装置，其中所述撞击混合区包括至少一个直角台阶。
4.按照权利要求1所述的装置，其中两个撞击流之间的夹角大约在170°和190°之间。
5.按照权利要求1所述的装置，其中两个撞击流间的夹角大约为180°
6.按照权利要求1所述的装置，其中所述撞击表面将撞击流施加于在与通过所述本体的纵轴方向正交的约90°方向接触的部分所述流。
7.按照权利要求1所述的装置，其中所述流体出口具有非圆形的形状。
8.按照权利要求7所述的装置，其中所述剪切混合区的第二尺寸沿所述纵轴向所述流体出口的方向增大。
9.按照权利要求8所述的装置，其中所述第一尺寸在所述剪切混合区的至少一部分内以第一速度向所述流体出口的方向减小，然后在所述剪切混合区的剩余部分内以第二速度向流体出口的方向继续减小。
10.按照权利要求8所述的装置，其中所述第二尺寸在所述剪切混合区的至少一部分内以第一速度向所述流体出口的方向增大，然后在所述剪切混合区的剩余部分内以第二速度向流体出口的方向继续增大。
11.按照权利要求10所述的装置，其中所述剪切混合区具有圆形侧端部。
12.按照权利要求11所述的装置，还包括与所述流体出口流体连通的喷雾分配器，所述分配器限定一个压力小于所述剪切混合区内的压力的膨胀区。
13.按照权利要求12所述的装置，其中所述分配器包括一个从其中穿过的分配器流体通道，所述通道具有沿所述通道的纵轴向所述分配器的出口方向发散的第一尺寸，所述通道包括圆形侧端部。
14.按照权利要求13所述的装置，其中所述本体成形为限定一个位于所述分离器和撞击混合区之间的第一膨胀区，所述膨胀区具有一横截面积。
15.按照权利要求14所述的装置，其中所述本体和分离器限定至少两个流体开孔，每一个流体开孔具有横截面积，其中所述开孔的横截面积之和小于所述膨胀区的横截面积。
16.按照权利要求11所述的装置，其中所述剪切混合区包括一雾化区，所述雾化区包括所述剪切混合区内的最小横截面积。
17.按照权利要求13所述的装置，其中所述本体包括一系列板，所述板包括穿透其自身的孔口，从而所述板的孔口形成所述流体通道。
18.按照权利要求17所述的装置，其中限定剪切混合区的板的孔口具有变化的第一尺寸，其中，限定剪切混合区的每一块板的孔口的第一尺寸小于它前面的板的孔口的第一尺寸。
19.按照权利要求18所述的装置，其中限定所述剪切混合区的所述板的至少一块板的孔口具有变化的第二尺寸，其中，限定剪切混合区的每一块板的孔口的第二尺寸大于它前面的板的孔口的第二尺寸。
20.一种液体雾化装置包括：
包括至少一个流体入口和一个流体出口，以及一个在所述入口和出口之间延伸的流体通道的本体；
所述通道确定一个撞击混合区和一个在该撞击混合区下游的剪切混合区；
所述通道成形为确定至少一个撞击表面，所述撞击表面成形为使流体的方向基本上垂直于穿过所述本体延伸的纵轴的方向；
所述剪切混合区具有由第一尺寸和第二尺寸确定的横截面积，其中所述第一尺寸沿通过所述本体的纵轴方向向流体出口的方向减小。
21.按照权利要求20所述的装置，其中与所述撞击表面相接触的流体部分是流经所述通道的流体的周围部分。
22.按照权利要求20所述的装置，其中两个撞击流之间的夹角大约为180°。
23.按照权利要求20所述的装置，其中撞击表面将撞击流施加于在与通过所述本体的纵轴方向正交的约90°方向接触的部分所述流。
24.按照权利要求20所述的装置，其中所述流体出口具有非圆形的形状。
25.按照权利要求20所述的装置，其中所述第二尺寸沿所述纵轴向所述流体出口方向增大。
26.按照权利要求20所述的装置，其中所述第一尺寸在所述剪切混合区的至少一部分内以第一速度向所述流体出口的方向减小，然后在所述剪切混合区的剩余部分内以第二速度向流体出口的方向继续减小。
27.按照权利要求26所述的装置，其中所述第二尺寸在所述剪切混合区的至少一部分内以第一速度向所述流体出口的方向增大，然后在所述剪切混合区的剩余部分内以第二速度向流体出口的方向继续增大。
28.按照权利要求20所述的装置，其中所述剪切混合区具有圆形侧端部。
29.按照权利要求20所述的装置，还包括与所述流体出口流体连通的喷雾分配器，所述分配器确定一个压力小于所述剪切混合区内的压力的膨胀区。
30.按照权利要求29所述的装置，其中所述分配器包括穿过其自身延伸的分配器流体通道，所述通道具有沿所述通道的纵轴向所述分配器的出口方向发散的第一尺寸，所述通道包括圆形侧端部。
31.按照权利要求20所述的装置，其中所述本体成形为限定一个位于所述分离器和撞击混合区之间的第一膨胀区，所述膨胀区具有横截面积。
32.按照权利要求31所述的装置，其中所述本体和分离器确定至少两个流体开孔，每一个流体开孔具有横截面积，其中所述开孔的横截面积之和小于所述膨胀区的横截面积。
33.按照权利要求20所述的装置，其中所述剪切混合区包括一雾化区，所述雾化区包括所述剪切混合区内的最小横截面积。
34.按照权利要求20所述的装置，其中所述本体包括一系列板，所述板包括穿透其自身的孔口，所述板的所述孔口形成所述流体通道。
35.按照权利要求34所述的装置，其中确定剪切混合区的所述板的孔口具有变化的直径，其中，确定剪切混合区的每一块板的孔口的直径小于它前面的板的孔口的直径。
36.一种液体雾化装置包括：
包括至少一个流体入口和一个流体出口，以及一个在所述入口和出口之间延伸的流体通道的本体，所述流体入口包括一个分离器，所述分离器和本体确定至少两个通向所述通道的流体开孔；
所述通道确定一个撞击混合区和在该撞击混合区下游的剪切混合区；
所述通道成形为形成至少一个位于所述通道外围附近的撞击表面，所述撞击表面使流体方向基本上垂直于穿过所述本体延伸的纵轴方向；
所述剪切混合区具有由第一尺寸和第二尺寸确定的横截面积，其中所述第一尺寸沿通过所述本体的纵轴方向向流体出口的方向减小。
37.按照权利要求36所述的装置，还包括喷雾分配器，所述喷雾分配器包括穿过其自身延伸的分配器流体通道，所述通道具有从分配器入口向分配器出口发散的侧向尺寸，所述分配器入口成形为基本上与所述本体的流体出口的尺寸和形状相同。
38.一种液体雾化装置包括：
包括至少一个流体入口和一个流体出口，以及一个在所述入口和出口之间延伸的流体通道的本体，所述流体入口包括一个分离器，所述分离器和本体确定至少两个通向所述通道的流体开孔，所述本体包括一系列板，所述板包括穿透其自身的孔口，所述板的所述孔口形成所述流体通道，其中形成所述剪切混合区的所述板的孔口具有变化的直径，其中，确定剪切混合区的每一块板的孔口的直径小于它前面的板的孔口的直径；
所述通道确定一个撞击混合区和在该撞击混合区下游的剪切混合区；
所述通道成形为确定至少一个位于所述通道外围附近的撞击表面，所述撞击表面成形为使该流体方向基本上垂直于穿过所述本体延伸的纵轴方向；
所述剪切混合区具有由第一尺寸和第二尺寸确定的横截面积，其中所述第一尺寸沿通过所述本体的纵轴从入口向出口的方向减小，所述第二尺寸沿所述纵轴从入口向出口的方向增大。
39.按照权利要求38所述的装置，还包括喷雾分配器，所述喷雾分配器包括穿过其自身延伸的分配器流体通道，所述通道具有从分配器入口向分配器出口发散的侧向尺寸，所述分配器入口成形为基本上与所述本体的流体出口的尺寸和形状相同。
40.一种液体雾化装置包括：
包括至少一个流体入口和一个流体出口，以及一个在所述入口和出口之间延伸的流体通道的本体，所述流体入口包括一个分离器，所述分离器和本体确定至少两个通向所述通道的流体开孔；
所述通道确定一个撞击混合区和在该撞击混合区下游的剪切混合区；
所述通道成形为形成至少一个位于所述通道外围附近的撞击表面，所述撞击表面使流体方向基本上垂直于穿过所述本体延伸的纵轴方向；
所述剪切混合区具有由第一尺寸和第二尺寸确定的横截面积，其中所述第一尺寸沿通过所述本体的纵轴从入口向出口的方向减小，所述第二尺寸沿所述本体的纵轴从入口向出口的方向增大；
其中所述第一尺寸以第一速度向所述流体出口的方向减小，然后以第二速度向流体出口的方向继续减小，所述第一速度大于所述第二速度；以及
其中所述第二尺寸以第一速度向所述流体出口的方向增大，然后以第二速度向流体出口的方向继续增大，所述第一速度大于所述第二速度。
41.一种用于形成液滴喷雾的方法包括以下步骤：
(a)形成包括气相和液相的两相流体的至少两个流；
(b)使所述流到达一撞击混合区，其中使每一个流的至少一部分与另一个流的至少一部分相碰撞以形成单一混合流，两个撞击流之间的夹角大约在120°和240°之间；
(c)所述单一混合流流入一剪切混合区，对其施加剪切混合力，以形成剪切混合流；
(d)所述剪切混合流流入一雾化区，其中所述气相膨胀，增加了所述液相的表面积，因此产生液滴的喷雾。
42.按照权利要求41所述的方法，还包括将气相与液相相混合的步骤，以便形成所述的两相流体。
43.按照权利要求42所述的方法，其中所述撞击混合区和剪切混合区位于喷嘴内，该喷嘴包括：
(i)包括流体入口和流体出口的本体，所述本体成形为确定所述撞击混合区和剪切混合区，所述区域位于入口和出口之间，所述流体入口包括一个分离器，它能够将输入流体流分成至少两个两相流体流；
(ii)所述撞击混合区包括至少一个撞击表面，所述撞击表面成形为使接触所述撞击表面的流体流的至少一部分撞击另一撞击流，两个撞击流之间的夹角大约在120°和240°之间；以及
(iii)所述剪切混合区具有由第一尺寸和第二尺寸确定的横截面积，其中所述第一尺寸沿通过所述本体的纵轴向流体出口的方向减小。
44.按照权利要求43所述的方法，其中所述剪切混合区具有圆形侧端部。
45.按照权利要求44所述的方法，其中所述喷嘴还包括与所述流体出口流体连通的喷雾分配器。
46.按照权利要求45所述的方法，其中所述分配器确定所述雾化区，所述雾化区的压力小于剪切混合区内的压力。
47.按照权利要求46所述的方法，其中所述分配器包括穿过其自身延伸的分配器流体通道，所述通道具有沿所述通道的纵轴向所述分配器的出口的方向发散的第一尺寸，所述通道包括圆形侧端部。
48.按照权利要求41所述的方法，其中撞击流之间的夹角在大约120°和约240°之间。
49.按照权利要求41所述的方法，其中撞击流之间的夹角大约为180
50.一种用于形成液滴喷雾的方法包括以下步骤：
(a)形成包括气相和液相的两相流体的一系列流；
(b)使每一个流的至少一部分与另一个流的至少一部分进行撞击，以便形成单一混合流，其中撞击流之间的夹角大约在120°和240°之间；
(c)使所述单一混合流承受剪切混合力，从而形成剪切混合流；以及
(d)使所述剪切混合流中的所述气相膨胀，从而产生原料液滴的喷雾。
51.按照权利要求50的方法，还包括将气相流与液相流相混合的步骤，以形成所述两相流体。
52.按照权利要求51所述的装置，其中所述撞击混合区和剪切混合区位于喷嘴内，该喷嘴包括：
(i)包括流体入口和流体出口的本体，所述本体成形为确定所述撞击混合区和剪切混合区，所述区域位于入口和出口之间，所述流体入口包括一分离器，它能够将输入流体流分成所述至少两个两相流体流；
(ii)所述撞击混合区包括至少一个撞击表面，所述撞击表面成形为使接触所述撞击表面的流体流的至少一部分撞击另一个撞击流，两个撞击流之间的夹角大约在170°和190°之间；以及
(iii)所述剪切混合区具有由第一尺寸和第二尺寸确定的横截面积，其中所述第一尺寸沿通过所述本体的纵轴向流体出口的方向减小。
53.按照权利要求52所述的方法，其中所述剪切混合区具有圆形侧端部。
54.按照权利要求53所述的方法，其中所述喷嘴还包括与所述流体出口流体连通的喷雾分配器。
55.按照权利要求54所述的方法，其中所述分配器确定所述雾化区，所述雾化区的压力小于剪切混合区内的压力。
56.按照权利要求55所述的方法，其中所述分配器包括穿过其自身延伸的分配器流体通道，所述通道具有沿所述通道的纵轴向所述分配器的出口的方向发散的第一尺寸，所述通道包括圆形侧端部。
57.按照权利要求56所述的方法，其中撞击流之间的夹角大约在175°和185°之间。
58.按照权利要求56的方法，其中撞击流之间的夹角大约为180°。
59.按照权利要求7所述的装置，其中所述流体开孔具有横截面积，所述本体的流体出口具有横截面积，其中所述本体的所述流体出口的横截面积小于所述流体开孔的横截面积之和。
60.按照权利要求20所述的装置，其中所述流体开孔具有横截面积，所述本体的流体出口具有横截面积，所述本体的流体出口的横截面积小于所述流体开孔的横截面积之和。
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