JP2017519623A - 精製装置へ炭化水素原料を注入するための噴射装置 - Google Patents

Abstract

本体(300)とガス注入組立体(200)とを有するガスを用いて液体を液滴に噴霧化するための噴射装置(10)。本体(300)は噴射装置の一端でガス入口オリフィス(105)の方を向いて開口し且つ噴射装置の他端でアトマイズされた液体の液体出口オリフィス(18)の方を向いて開口する軸線方向に延びる凹部(107)を規定する壁(301)を有し、液体入口オリフィスは壁(301)に対して放射方向成分に沿って延び、その一端は本体の外側で開口し、その他端は凹部(107)に開口し、ガス注入組立体(200)は、ガス入口オリフィス(105）と凹部(107)内に位置したガス出口オリフィス(203)との間でガスを流す通路(202)を規定し、本体の内側の壁はガス出口オリフィス(203)の下流にスロットルの喉部(131)を規定し、ガス注入組立体(200)は上記壁と一緒になって液体入口オリフィス(150)から喉部(131)へ液体を流す空間(204)を規定し、噴射装置はガス出口オリフィス(203)から出たガスの流れがスロットルの喉部(131)の近傍で壁の一部(139)を覆うように配置されている。

Description

本発明は、特に精製装置（unite de raffinage）への液体炭化水素原料の噴射装置、特に流動接触分解装置ＦＣＣ（Fluid Catalytic Cracking）の噴射装置に関するものである。

一般に、精製装置で処理される液体炭化水素原料（charge d’hydrocarbures）はその化学反応に有利な固体触媒と接触される。接触を改善し、反応収率を最大にするために液体炭化水素原料は噴射装置によって微細な液滴に噴霧化（アトマイズ）される。この噴霧化によって熱伝達が促進され、反応帯域での炭化水素の分布が均一になり、液体（炭化水素原料）と固体（触媒）との接触が最大化する。液滴の最適径は実際にはほとんど分かっていないが、一般には触媒粒子の直径すなわち２００μｍ以下の直径と同じ程度の寸法、例えば５０〜８０ミクロン程度の液滴を形成するようにしている。

一般には中空シリンダー本体と、２つの入口開口とを有するいわゆる「二相（diphasiques）」噴射装置が使用される。液体の炭化水素供給原料と噴霧用ガス（通常はスチーム）とが２つの入口開口の各々から注入さる。シリンダー本体の内部には接触チャンバがあり、この接触チャンバ内で炭化水素原料と噴霧用ガスとが接触し、炭化水素原料がアトマイズ（噴霧化）され、アトマイズされた炭化水素供給原料が反応器中に開口した出口開口から排出される。

各噴射装置は反応器の壁に挿入され、出口開口を有する噴射装置の一端が反応器の内側に配置される。

特に、炭化水素原料をガスと一緒にベンチュリを介して推進して、小滴を形成するベンチュリタイプの噴射装置が知られている。このアトマイズ（噴霧化）用のガスは軸方向に流れて出口に向かい、炭化水素原料を分割して液滴にする。

しかし、低圧力損失で且つ高品質のアトマイズ（噴霧化）という両方の特性を同時に満たす簡単な噴射装置に対するニーズがある。

本発明は、本体とガス注入組立体とを有するガスを用いて液体を液滴に噴霧化するための噴射装置であって、
上記本体が噴射装置の一端でガス入口オリフィスの方を向いて開口し且つ噴射装置の他端でアトマイズ（噴霧化）された液体の液体出口オリフィスの方を向いて開口する軸線方向に延びる凹部（evidement）を規定する壁を有し、
液体入口オリフィスは上記の壁に対して放射方向成分に沿って延び、その一端は本体の外側で開口し、その他端は上記凹部に開口し、上記ガス注入組立体は、上記ガス入口オリフィスと上記凹部内に位置したガス出口オリフィスとの間でガスを流すための通路を規定し、
本体の内側の壁はガス出口オリフィスの下流にスロットル（etranglement）の喉部（col）を規定し、
上記ガス注入組立体は上記の壁と一緒になって液体入口オリフィスの上記喉部へ液体を流す空間を規定し、
噴射装置は、ガス出口オリフィスからガスの流れが上記スロットルの喉部の近傍で壁の一部を覆うように配置されている、
ことを特徴とする噴射装置を提供する。

本発明者は、上記スロットルの喉部と、この喉部上または喉部に非常に近い部分を通過するガス流とを組み合わせることで、液滴寸法の面で相対的に良好な噴霧化ができ、圧力損失を相対的に低くできるということを見出した。スロットルの喉部の近傍を通過する液体の膜がガス注入組立体喉部のガスの流れによって剪断され、それによって液体を液滴に噴霧化させることができる。

喉部に近接した上記の壁の一部には下記が含まれる：
（１）スロットルの所まで延びていてもいなくてもよい喉部の上流の壁の一部、および／または
（２）喉部の所まで延びていてもいなくてもよい喉部の下流の壁の一部。

本発明の噴射装置の一つの実施例の斜視図。 ［図１］に示した噴射装置の平面図。 ［図２Ａ］の噴射装置の線Ａ−Ａに沿った断面図。 ［図２Ａ］の噴射装置の線Ｂ−Ｂに沿った断面図。 本発明の噴射装置の一つの実施例とベンチュリを有する参照の噴射装置とでの、出口オリフィス喉部の相対距離におけるスプレー幅を関数とする平均寸法の分布を示す図。 ［図１］［図２Ａ］［図２Ｂ］［図２Ｃ］の噴射装置の一つの構成要素すなわち第２ガス供給要素の斜視図。 本発明の噴射装置の一つの実施形態の概念図。

「喉部に近接する」とは、喉部からの距離が非常に小さい、例えば本体の直径の最大で５％、好ましくは本体の直径の最大で１％、可能であれば０．１％以下であることを意味する。

喉部はガス流で覆われる壁の一部にするのが有利である。

「スロットル（etranglement）」とは、少なくとも喉部の所で上記凹部の断面積が狭くなる（retrecissement）こと意味する。喉部の下流の断面積は喉部に達する（少なくとも局所的に）最小直径で一定のままであるか、再び上昇させることができる。

「スロットルの喉部（col）」とは、壁と本体の中心軸線との間の距離においてスロットルの最小部分を意味する。換言すれば、喉部はスロットルの一端を意味する。

スロットルの所では壁は、少なくとも喉部の所で半放射方向成分を持って延びている。軸線方向に垂直な面で描いた喉部に対する上記凹部の直径は喉部の所で最小にすることができる。

喉部の下流側での凹部の断面積の直径は喉部と実質的に同一または喉部に達する最小値にすることができる。すなわち、円筒形とよばれる部分を喉部の下流に設け、少なくとも喉部の区間に延在させ、その部分に円筒形管路を形成させる。

この場合、円筒形管路は円筒形管路の断面の直径の少なくとも５倍、好ましくは少なくとも４倍の長さにわたって軸線方向に延在させるのが有利である。驚くべきことに、この構成によって改良された性能を得ることができる。

あるいは、喉部の下流側の凹部の断面の直径を喉部よりも大きくすることができる。スロットルの所の壁が例えば喉部の所まで延びた半放射方向成分を有するバルジ（bourrelet）を規定することができる。

喉部はシャープなエッジラインを規定できる。これは本体の中心軸線と内壁との間の距離が軸線方向位置において喉部の所で不連続になるということを意味する。

あるいは、上記の変化を連続的にすることもできる。例えば、壁を比較的丸い端縁エッジに成形することもできる。

喉部は閉じること、例えば円形または楕円形の形にすることもきる。

例えば、鋭いエッジのラインは平面内に形成してもよいが、そうしなくてもよい。鋭いエッジラインを平面内に形成する場合、その平面は本体の軸線に垂直で藻、垂直でなくてもよい。例えば、シャープなエッジラインを本体の軸線に対して傾いた平面に形成することもできる。

あるいは、喉部を開放型にすることもでる。例えば、喉部を本体内に螺旋状に延びた一つ以上の螺旋溝の閉じていないランイ（線）で規定することもできる。さらに、螺旋状に延びた一つ以上の螺旋溝の閉じていないランイのセットにすることもできる。

本発明の一つの実施形態では、喉部は一つのセグメントで規定できる。例えばシャープなエッジのラインを横方向に直線状に延ばすことができる。

本体は１つまたは複数のパーツ（部材）で作ることができる。

液体は本質的に炭化水素の電荷を含むが、他の成分を含むことかできる。ガスは主として水蒸気であるが、他のガスでもよい。

スロットルの所での凹部の断面はスロットルの直ぐ上流の本体の部分に比べて小さい。

喉部の上流で凹部の断面は喉部の所まで連続的に変化させることができる。例えば、球面の一部または円錐の一部を成す壁にすることができる。例えば、スロットルでシャープなエッジラインまたは丸い端部の上流で球面の一部または円錐の一部を成す双曲面の一部を表す容積で規定することができる。

あるいは、喉部の上流側の凹部の断面を不連続にすることもできる。例えば本体の壁体にアール（丸み）のないリブを付ける。例えば、このリブの底部と本体の例えば円筒形壁との間の接続部にリブを付ける。

本発明の１つの有利な実施形態では、ガス出口オリフィスは喉部と対向するスロットで、ガス流が喉部の直ぐ近くに形成される。この構成にすることによって噴射装置に注入されるガスの量を制限することができる。

上記スロットは喉部で規定される形状と同様な形状にすることができる。例えば円形の喉部の場合には円形、横方向に延びるセグメントの場合にはストレートな形状にすることができる。

このようにスリットの幅は比較的狭く、例えば、本体直径の最大で５％、好ましくはこの直径の最大で１％、可能であればこの直径の０．１％以下にする。スロットの幅は例えば０．１ｍｍ〜１０ｍｍ、好ましくは０．５〜５ｍｍ、好ましくは１〜２ｍｍの間にする。

しかし、スロットを形成するガス出口オリフィスに本発明が限定されるものではない。各々が例えば円形断面を有する非常に小さなサイズの複数のオリフィスにし、各オリフィスからのガス流が喉部の直ぐ近くで終わる（またはそれを通過する）ように各オリフィスの向きを配置することができる。

ガス注入組立体をチューブとこのチューブ内に収容されたロッド要素とで構成し、このロッド要素をチューブの内側で長手方向に延ばしてチューブとロッド要素との間をガス流の通路とするのが有利である。このような同心円状の二重エンベロープ（外管）原理を使用することによって極めて薄いスロットおよびガス出口オリフィスを実現することができる。

上記の同心二重ジャケットの原理は実現するのが比較的容易という点で有利であるが、本発明がこの使用に限定されるものでない。例えば、ガスが流れる通路を断面がガス導入口の近くの円形断面から例えばスロット形状、例えば環状または線状の断面に変化する導管にすることができる。あるいは、ガス注入組立体を分岐ラインすなわちガス入口から入ってくるガスを毛細管タイプの複数の導管に分割することもできる。

ロッド要素とチューブの少なくとも一方を、ガスの流れがガス入口とガス出口との間で速度を加速するスナットルの形状となるようなガス流の通路の厚さにするのが有利である。すなわち、ガス出口オリフィスの上流の通路の厚さをスロットルより大きくし、例えば５ｍｍ〜５ｃｍ、例えば１ｃｍ程度にすることができる。

ロッド要素とチューブは互いに同心にして、曲率とは無関係にロッド表面とチューブ表面との間の距離が一定となるようなロッド要素とチューブの組立体の半放射方向断面にするのが有利である。

スロットルの下流の凹部をわずかにフレア（拡大）させて、喉部からの距離が増加するにつれてフレア部分に対応する凹部の部分で凹部の段目の直径を非常にわずかだけ増加させるのが有利である。例えば、軸線方向の距離に対する角度を１°〜５°、好ましくは３．５°にすることができる。驚くべきことに、この形状にすることで流体の分離を制限することができる。

「軸線ライン」とは噴射装置の本体の軸線方向に平行に延びる直線を意味する。

本発明はさらに、噴霧化された液体の出口が反応器内に開口している少なくとも噴射装置を備えた、炭化水素原料を処理する反応器、特に接触分解反応器にも関するものである。

本発明はさらに、反応器中に炭化水素供給原料を噴射、好ましくは連続的に噴射して反応器中で炭化水素供給原料を触媒分解する方法に関するものである。炭化水素供給原料は噴射装置の液体入口オリフィスに接続された入口導管を介して注入され、それと同時にガスがガス入口オリフィスを介して噴射装置に供給される。

炭化水素原料は、室温から５００℃の温度、例えば８０℃〜３００℃、一般には２００〜３００℃で、液体状態で注入できる。炭化水素原料は約６〜８バールの圧力で注入できる。噴射装置の供給入口圧力と出口圧力との差（ΔＰ）は一般に０．８〜５バールの間である。

使用するガスは水蒸気にすることができるが、その他の任意の適切なガス、例えば炭化水素転化装置からの排出ガス、軽質オレフィンまたはそのガス混合物、精製ガスまたは窒素にすることができる。

各噴射装置での炭化水素供給原料に対するガスの割合は１．５〜１０重量％、例えば２〜５重量％にするのが有利である。

各噴射装置に供給する炭化水素原料中の炭化水素原料の流速は、喉部の所での表面流速が１０００〜２０００ｋｇ／ｍ²／秒、より好ましくは１４００〜１８００ｋｇ／ｍ²／秒となるようにコントロールするのが有利である。この制御は従来のポンプ、流量計またはその他を用いて行うことができる。

ガスとの接触区域での炭化水素原料の速度は０．４〜０．６ｍ／秒、例えば０．５ｍ／秒にすることができる。

炭化水素との接触区域に入るガスの速度は１００〜２００ｍ／秒、例えば１５０ｍ／秒にすることができる。

以下、添付図面を参照して本発明の非限定的な実施例を説明する。
実質的に平行または垂直という用語は、平行または垂直な方向から±２０°または最大で１０°または最大で±５°外れた方向を意味する。
図では形態または機能が類似または近い要素に同じ参照番号を付けた。

［図１］［図２Ａ］［図２Ｂ］［図２Ｃ］および［図４］は互いに関連し、同一実施形態であるので同時に説明する。［図５］は本発明の理解を容易にするための本発明の一実施形態による噴射装置の極めて概念的な模式図で、この図では比率は必ずしも正確ではない。

［図５］を参照する。噴射装置（インジェクタともいう）１０は本体３００を有し、この本体３００の壁３０１が軸線（Ｘ）に沿って軸線方向に延びた凹部１０７を規定する。この本体３００は１つの部材でも複数の部材でもよい。

本体３００の一端にはガス注入組立体２００が取り付けられている。このガス注入組立体２００は、外側に開口したガス入口１０５から凹部１０７の内部に開口したガス出口２０３へ向かうガス２０２に対する流路を規定する。

液体は本体の壁３０１に形成された液体入口オリフィス１５０を通って導入されるので、インジェクタ１０中に導入された液体は半放射方向の速度成分を有している。液体は次いで壁３０１とガス注入組立体２００との間の空間２０４の内部に沿って流れる。

上記の壁３０１はシャープな円形のエッジライン１３１の所で終わるスロットル（etranglement）を規定している。

より具体的には、上記のシャープなエッジライン１３１の上流の空洞部（cavite）１０７の断面積がこのシャープなエッジライン１３１に近づくにつれて徐々に減少する。シャープなエッジラインライン１３１の下流の空洞部１０７の断面積はャープなエッジラインライン１３１から離れるにつれて徐々に増加する。あるいは、シャープなエッジラインの下流の空洞部１０７の断面を一定のままにすること（すなわち、上記凹部で円筒状の管路を形成し、シャープなエッジラインでこの管路の底部を構成すること）もできる。

ガス出口２０３から出た加圧ガスの流れは上記のシャープなエッジラインに近接した壁の一部または区域１３９に到達する。特定の理論に束縛されるものではないが、上記のシャープなエッジラインの近傍を通過する液体のフィルム（膜）はガスジェットによって剪断され、それによって液体が小さな液滴へアトマイズ（噴霧化）できる。

ガス注入組立体は円筒チューブ１６６とこのチューブ１６６内に収容されロッド要素１６８とから成る。ガスはガス入口１０５から注入され、２つの同心なエンベロープの間の環状通路２０２中に流入する。

図示した実施形態では、ガス出口オリフィス２０３から吐出される加圧ガス流は円筒形の薄い層を形成する。

図示していない別の実施形態では、ガス流がコーン形状を有するように注入組立体が構成されている。

［上記の薄い層は鋭いエッジに近い壁の部分に集中し、例えば図５］に示すように鋭いエッジを含む領域に集中する。

噴霧化された液体と残りのガスの流れはオリフィス１８を介して放出される。

［図１］［図２Ａ］［図２Ｂ］［図２Ｃ］［図４］はテストした本発明の実施形態に係るものである。
この噴射装置１０はガスを用いて液体を液滴に噴霧化するように設計されている。この噴射装置１０は本体３００に取り付けられる噴霧化された液体を放出するためのオリフィス１８を規定する端部部材１１８を含む。

本体３００は軸線（Ｘ）に沿って軸線方向に延び、その長さの主要部分は円筒形の外形をしている。この本体３００は、出口オリフィス１８の反対側にガス入口オリフィス１０５を有し、噴射装置１０の側壁に液体入口オリフィス１５０が形成されている。

本体３００は下記の（１）〜（５）の複数のパーツから構成されている：
（１）２つのフラット部１１１を有する、噴射装置１０に流入するガスが通過するストッパー（bouchon）１１０、
（２）ベース１６５と円筒チューブ１６６とを有する第１ガス供給要素１０６（ベース１６５と円筒チューブ１６６とによって第１ガス供給要素１０６の両端で開口した管路が規定され、この管路はベース１６５の所にわずかにフレア（拡大）している）
（３）ベース１５６とロッド要素（第１ガス供給要素１０６の管路内に収容されたロッド形部分１６８とよばれる）とを含む図７に単独で示した第２ガス供給要素１６７、
（４）ストッパー１１０に取り付けられる液体入口オリフィス１５０を規定する液体供給要素１２０（これは第１ガス供給要素１０６および第２ガス供給要素１６７を収容した管路を規定する）
（５）液体供給要素１２０に取り付けられる収束ノズル１３０（この上にストッパー１１０が取り付けられる。この収束ノズル１３０は液体供給要素１２０の管路と出口オリフィス１８との間を流体連通させる管路を規定する）

上記の各部材１１０、１０６、１２０、１３０、１１８は鋼，その他から機械加工等によって製造できる。

第２ガス供給要素１６７のベース１５６は液体供給要素１２０を介してストッパー１１０に支持され、第１ガス供給要素１０６のベース１６５は液体供給要素１２０によって上記ベース１５６に支持される。

ベース１５６には、ストッパー１１０と円筒チューブ１６６の内側管路との間を流体連通させるための複数、例えば６つのオリフィス１６１が形成されている。

ガス導入口１０５を通り、上記オリフィス１６１通ったガスはベース１６５の内壁とベース１６５内の管路に収容されたロッド形部分１６８の外壁との間の空間２０１に入り、次いで、円筒チューブ１６６の内壁とロッド形部分１６８の外壁との間の空間２０２に入る。この空間２０２は環状ガス排出口２０３に開口している。

このように、ガスは２つのエンベロープの間を流れる。これらの領域２０１、２０２ではこのガス流は比較的小さな断面を有するので、ガス出口２０３でのガスの速度は相対的に速い。

［図４］を参照すると、ロッド形部分１６８は１６９'の部分で極めてわずかにフレア（拡大）しており、ロッド形部分１６８の直径はベース１５６からの距離が増加するにつれてしだいに増加し、ベース１５６からの距離が長くなるにつれて断面の直径は増加するが、ベース１５６の反対側の端部１７０の近くで特に大きなフレア部分１６９になっている。

従って、管路２０２の断面はガス排出口２０３の近くで減少し、ガス注入組立体を通って流れるガスは、放出されるガスは特に高速度を有する。

フレア部分１６９はガス排出口２０３の上流で終っているので、ガス注入組立体を通って流れるガスは、ガス排出口２０３を通って排出される直前に、組立体２００の一部に形成された（加工精度に近い）断面が一定で、極めて薄い（この場合には厚さが１〜２ｍｍ）環状領域を通過する。

ロッド形部分１６８はスタッド２１０によって円筒チューブ１６６の中心に位置決めされる。

収束ノズル１３０の内壁にはシャープ（鋭い）リングエッジ１３１が形成されている。特に、この収束ノズル１３０は液体供給要素１２０と協働するように形成された部分１３３と円筒形管路１３５を規定する部分１３４との間のスロットル部分１３６を規定する。鋭いリングエッジ１３１はスロットル部分１３６の内壁１３２と上記部分１３４の円筒形管路１３５の内壁１３７との間の接合点に位置している。

スロットル部分１３６の内壁１３２は裁頭球面を規定する。

管路１３５はわずかにフレアした管路１３８中に開口する。この管路１３８の壁は管路１３５の壁との間に約３．５°の角度を成す。特定の理論に束縛されるものではないが、収束ノズル１３０のオリフィスの上記頂角によって流体が分離するのを回避できると考えられる。

液体入口オリフィス１５０から入った液体は、液体供給要素１２０の内壁と円筒チューブ１６６の外壁との間の空間２０４に沿って流れる。

本発明の噴射装置１０では、ガス出口２０３は鋭いエッジ１３１のライン全体に沿って鋭いエッジ１３１と対向するので、このガス出口２０３でのガスの流れは鋭いエッジの近傍の壁部、例えば、鋭いエッジ上または鋭いエッジの１ｃｍ以内、例えば鋭いエッジから１ｍｍ以の壁上に正確に向う。

特定の理論に束縛されるものではないが、下記であると考えられる：
（１）空間２０４を流れる液体はガス出口２０３からの空気流によって球面部１３２の壁面上に押し付けられる。この円筒形の空気流は流体が中心に向かって通過するのを阻止する薄い空気の層の役目をするか、空気流によって生じる空間２０４内の負圧によって上記流体は壁に押し付けられ、および／または
（２）鋭いエッジライン１３１の近傍の内壁に到達したガス流、例えば内壁１３２の端部および／または上記部分１３４の内壁の端部に到達したガス流はこの区域で内壁に押し付けられた液体の膜を剪断して液滴が作られる傾向にあり、および／または、液体に十分な運動エネルギーで衝突し、その衝突に関連したエネルギーで液体を小さな寸法の液滴に分散させる傾向がある。

こうして作られた噴霧化されたガスは管路１３５に沿って流れ、オリフィス１８を通って排出される。

さらに、図示していない実施形態では、球面１３ではない皿孔（fraisure）にすることもできる。

面に押し付けられる流体の速度がガスの流れ方向、ここでは軸線方向に対して相対的に高い垂直な成分を有するように、この鋭いエッジの上流の表面形状を形成するのも有利である。液体およびガスの速度が互いに垂直であるという事実によって、鋭いエッジのコーナーでの剪断が促進され、および／または、衝撃エネルギーの変換の結果として液滴の形成が促進される。

［図１］［図２Ａ、［図２Ｂ］［図２Ｃ］に示す噴射装置の内部寸法はベンチュリ式噴射装置で通常使用している寸法と同じにすることができ、例えば下記の寸法である：
（１）ガス入口オリフィス１０５の直径は約２０ｃｍにすることができる。
（２）ベース１５６および１６５の外径は約２５ｃｍにすることができる。
（３）オリフィス１６１の内径は約２．２ｃｍにすることができる。
（４）ベース１５６の厚さは約４ｃｍにすることができる。
（５）ロッド形部分１６８の長さは約７７．４ｃｍにすることができ、ロッドの断面直径はベース１５６の所で約４．５ｃｍ、端部１７０の所で約７．１５ｃｍにすることができ、フレア部分１６９の直径は約５．５ｃｍから上記端部の約７．１５ｃｍまで変化させることができる。
（６）円筒チューブの長さは約６９．４ｃｍ、外径は約９．５ｃｍで、管路の直径は約７．５ｃｍにすることができる。
（７）ベース１６５の（軸線Ｘ方向）の厚さは約８ｃｍ、このベースに形成した管路の断面の直径は約９．２２ｃｍ、円筒チューブ１６６の直径は約７．５ｃｍにすることができる。
（７）液体供給要素１２０の外径は約５０ｃｍ、管路の長さは約６７ｃｍ、直径は約１６ｃｍにすることができる。
（８）液体入口オリフィス１５０の直径は約１４ｃｍで、収束ノズル１３０と接触する要素１２０の端部から約５０〜６０ｃｍ離れて配置されている。
（９）収束ノズル１３３の（軸線Ｘ方向）厚さは約１０ｃｍにすることができる。
（１０）スロットル部分１３６の（軸線Ｘ方向）厚さは約６ｃｍにすることができる。
（１１）収束ノズルの部分１３４が規定する円筒状管路１３５の長さは約３６ｃｍ、わずかにフレアした管路１３８の長さは約７．３ｃｍ、管路１３５の出口の直径は約８ｃｍにすることができる。

噴霧化された液体のスプレーが放出される噴射装置１０の端部は一般に丸く、例えば球形である。この端部の出口オリフィス１８は従来の衝撃噴射装置の形状と同様な形状にすることができ、所望するスプレー形状に応じて適宜選択でき、例えば円筒形、裁頭円錐形、スリット、その他のオリフィス形状にすることができる。

［図１］［図２Ａ］［図２Ｂ］［図２Ｃ］［図４］を参照して説明したものと同様な噴射装置を上記寸法の１０分の１の小さいスケールで作った。試験のために選択した液体は水で、ガスは空気である。

テストした噴射装置は以下の寸法を有する：
（１）流体が流れる空間２０４の厚さ（半放射方向）：この１０分の１のスケールの試験用で３〜３．５ｍｍ（これは３〜４ｃｍの厚さに相当）
（２）入口オリフィス１５０と円筒チューブ１６６の端部との間の液体流路の長さ：５０〜６０ｍｍ（これは５０〜６０ｃｍの長さに対応）
（３）出力２０３から放出される前のガス流路の空間２０４の（半放射方向）厚さ：ベース１６５で約１，５ｍｍ、出口２０３で約０．１７ｍｍ（試験用の１０分の１のスケール）
（４）収束ノズルの円筒状通路１３５の直径：７．３０ｍｍ（試験用の１０分の１のスケール）
（５）出口オリフィスのスリットの厚さ：２．５２ｍｍ（試験用の１０分の１のスケール）、開口角１０５°（スロットはこのプロトタイプの外径が５．６ｍｍの球状端部に形成した）

この１０分の１スケールの試験での試験条件は以下の通り：
（１）水の流速：２２６．２ｋｇ／時
（２）空気の流量：９ｋｇ／時
（３）ガス／液体比：４重量％。

圧力損失の測定
テストした噴射装置を大気中に拡散させた。従って、入口での液体の相対圧力が圧力降下値に等しい。入口の圧力は圧力計を用いて測定した。
測定された噴射装置の入口での液体の圧力は１．３バールであった。従って、圧力損失はかなり小さい。

液滴のサイズと分布の測定
［図３］の横軸は噴射装置の液体出口オリフィスで噴霧化された液体に対して測定された角度値を表し、縦軸はこの角度値に対する出口オリフィスから３０ｃｍの距離の所で測定した液滴の平均直径を表す（次元なし）。
曲線３５１は参照（基準）のベンチュリ式噴射装置の１０分の１スケールの試験で得た値に相当する。
曲線３５２は図１、図２Ａ、２Ｂおよび２Ｃの噴射装置、１０分の１スケールのテストで得られた値に対応する。

［図１］［図２Ａ］［図２Ｂ］［図２Ｃ］の噴射装置の１０分の１スケールの試験で観察された値に対応する。
この［図３］から分かるように、［図１］［図２Ａ］［図２Ｂ］［図２Ｃ］のプロトタイプを用いた場合には、液滴の平均直径はスプレー角度でほとんど変化しないことが分かる。
平均直径は約１００ミクロンである。

結論として、本発明の噴射装置を用いることで相対的に微細な液滴を、相対的に均一な分布で、圧力降下（損失）を大幅に低下させて作ることができる。このことは強力なポンプを使用せずに、または、過剰な蒸気量を使用せずに重質な炭化水素原料を処理できることを意味する。

Claims (12)

1. 本体（３００）とガス注入組立体（２００）とを有するガスを用いて液体を液滴に噴霧化するための噴射装置（１０）であって、
   上記本体（３００）は噴射装置（１０）の一端でガス入口オリフィス（１０５）の方を向いて開口し且つ噴射装置（１０）の他端でアトマイズ（噴霧化）された液体の液体出口オリフィス（１８）の方を向いて開口する軸線方向に延びる凹部（１０７）を規定する壁（３０１）を有し、
   液体入口オリフィスは上記の壁（３０１）に対して放射方向成分に沿って延び、その一端は本体（３００）の外側で開口し、その他端は上記凹部（１０７）に開口し、
   上記ガス注入組立体（２００）は、上記ガス入口オリフィス（１０５）と上記凹部（１０７）内に位置したガス出口オリフィス（２０３）との間でガスを流すための通路（２０２）を規定し、
   本体（３００）の内側の壁はガス出口オリフィス（２０３）の下流にスロットルの喉部（１３１）を規定し、
   上記ガス注入組立体（２００）は上記の壁と一緒になって液体入口オリフィス（１５０）から上記喉部（１３１）へ液体を流す空間（２０４）を規定し、
   噴射装置（１０）は、ガス出口オリフィス（２０３）から出たガスの流れが上記スロットルの喉部（１３１）の近傍で壁の一部（１３９）を覆うように配置されている、
   ことを特徴とする噴射装置（１０）。
2. ガス出口オリフィス（２０３）が喉部（１３１）と対向し、ガスの流れがこの喉部に密着して流れる請求項１に記載の噴射装置（１０）。
3. 喉部（１３１）およびガス出口オリフィス（２０３）のスロットが円形をしている請求項２に記載の噴射装置（１０）。
4. ガス注入組立体（２００）がチューブ（１６６）とこのチューブ内に収容されたロッド要素（１６８）とを有し、このロッド要素はチューブ内で縦方向に延在し、チューブ（１６６）とロッド要素（１６８）と間がガスの流れる上記通路（２０２）となる請求項２または３に記載の噴射装置（１０）。
5. ロッド要素（１６８）とチューブ（１６６）の少なくとも一方が、ガスを流す上記通路（２０２）の厚さがガス入口（１０５）とガス出口（２０３）との間でガスの速度を加速するスロットルとなる形状をしている請求項４に記載の噴射装置（１０）。
6. 喉部がシャープなエッジライン（１３１）である請求項１〜５のいずれかに記載の前記噴射装置（１０）。
7. 本体が喉部（１３１）の下流に円筒形管路（１３５）を規定する請求項１〜６のいずれか一項に記載の噴射装置（１０）。
8. 円筒形管路（１３５）がこの円筒形管路の断面の直径の値の少なくとも４倍の長さにわたって軸線方向に延びている請求項７に記載の噴射装置（１０）。
9. 上記凹部がスロットルの下流でわずかにテーパー（１３８）している請求項１〜８のいずれか一項に記載の噴射装置（１０）。
10. 噴霧化された液体の出口（１８）が反応器内で開口している、請求項１〜９のいずれか一項に記載の少なくとも１つの噴射装置を備えた炭化水素原料を接触分解処理するための反応器（１０）。
11. 炭化水素供給原料が、前記請求項１〜９のいずれか一項に記載の噴射装置（１０）の液体入口オリフィスに接続された液体入口を介して注入され、ガスがガス供給オリフィス（１０５）を介して噴射装置（１０）中に供給される、炭化水素原料を反応器に注入、好ましくは連続的に注入して炭化水素供給原料を反応器中で接触分解する方法。
12. 噴射装置（１０，１０'）に供給される炭化水素供給原料およびガスの流量を、噴射装置の喉部での炭化水素供給原料の表面流速（debit surfacique）が１０００〜２０００ｋｇ／ｍ²／秒、好ましくは１４００〜１８００ｋｇ／ｍ²／秒となるように制御することを特徴とする請求項１１に記載の接触分解方法。

Images