JP3739318B2 - アトマイザシステム - Google Patents

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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05B—SPRAYING APPARATUS; ATOMISING APPARATUS; NOZZLES
    • B05B7/00—Spraying apparatus for discharge of liquids or other fluent materials from two or more sources, e.g. of liquid and air, of powder and gas
    • B05B7/02—Spray pistols; Apparatus for discharge
    • B05B7/04—Spray pistols; Apparatus for discharge with arrangements for mixing liquids or other fluent materials before discharge
    • B05B7/0416—Spray pistols; Apparatus for discharge with arrangements for mixing liquids or other fluent materials before discharge with arrangements for mixing one gas and one liquid

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  • Production Of Liquid Hydrocarbon Mixture For Refining Petroleum (AREA)
  • Nozzles (AREA)

Description

【０００１】
本発明は液流の噴霧に関する。さらなる見地において、本発明は、流動接触分解（ＦＣＣ）装置又はコーカー装置（ｃｏｋｅｒ ｕｎｉｔ）において、流動触媒流へ原料油流を噴霧し、均一に分散させる方法及び装置に関する。
【０００２】
（発明の背景）
液体の急速冷却（人工雪製造）、又は、噴霧された液体が、流動触媒のような他の媒体と接触するのを促進するような目的のために、液流を噴霧するプロセスは当業界においてよく知られている。液流を噴霧するための、改善されたプロセス及び装置を提供することが望まれることは明らかである。
【０００３】
噴霧プロセスの１つの具体的な例は、ＦＣＣ又はコーカー装置において、油流を流動触媒と接触させる前に、油流を噴霧することである。典型的なＦＣＣ装置の操作は、下記で説明される。
【０００４】
ガソリンや暖房用オイルのような製品を製造するために、重質石油留分を流動接触分解することは、当業界においてよく知られている。流動接触分解では、重質石油留分は、ライザ反応器（ｒｉｓｅｒ ｒｅａｃｔｏｒ）の中で、高温の流動触媒粒子と接触する前に、しばしば予熱される。ライザ反応器での接触時間は、一般に、数秒のオーダーである。比較的短い接触時間が、ガソリン及び暖房用オイル領域の炭化水素の製造を促す。接触時間が長くなると、分解が進み過ぎ（過剰分解／ｏｖｅｒｃｒａｃｋｉｎｇ）、メタンやコークスのような、望ましくない最終製品が生成することになる可能性がある。重質石油留分を流動触媒と接触させることに関して重要な側面は、重質石油留分を噴霧すること、及び噴霧した重質石油留分を流動触媒中に均一に分散させること、を含む。流動触媒中に、重質石油留分が均一に分散されないことによって、局所的に高い触媒−油比（ｃａｔａｌｙｓｔ−ｔｏ−ｏｉｌ ｒａｔｉｏｓ）の領域の生成、及び過剰分解につながる可能性がある。又、重質石油留分の噴霧が不十分であることによって、局所的に低い触媒−油比の領域が生じて、コークスの沈着の増加の原因となる、触媒の湿潤（ｗｅｔｔｉｎｇ）につながる可能性がある。更に、ライザ反応器への注入時に、重質石油留分が十分に噴霧されず、流動触媒と直接に接触しなければ、接触分解に代わって熱分解（ｔｈｅｒｍａｌ ｃｒａｃｋｉｎｇ）が起こり得る。熱分解は、望ましくない最終製品であるメタンやコークスの生成につながり得る。ストリッパ（ｓｔｒｉｐｐｅｒ）や再生器（ｒｅｇｅｎｅｒａｔｏｒ）の処理負荷が増加し、コークスが関連設備の表面に付着する可能性があるため、過剰なコークスは望ましくない。重質石油留分を含む原料油流が、流動接触分解プロセスにおいて、流動触媒中に十分に噴霧され、均一に分散するプロセス及び装置を提供することが望まれることは明らかである。
【０００５】
（発明の要約）
液流を、より効率的な方法で噴霧することに使われる装置を提供することが望ましい。
【０００６】
更に、噴霧効率を高める方法で、液流を噴霧する方法を提供することが望ましい。
【０００７】
更には、ＦＣＣの操作の効率を改善することが望ましい。
【０００８】
加えて、コーカーの操作の効率を改善することが望ましい。
【０００９】
更に加えて、触媒による転換（ｃａｔａｌｙｔｉｃ ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ）のための原料油流を噴霧する方法及び装置を提供することが望ましい。
【００１０】
又、原料油流を流動触媒中に噴霧し、均一に分散させる方法及び装置を提供することが望ましい。
【００１１】
本発明によれば、アトマイザは：
長手方向軸、内面壁、内径Ｄ1、上流側端末部、下流側端末部、及び前記上流側端末部と前記下流側端末部との間における内面壁に開口部を有する第１導管；
噴霧促進媒体を第１導管に導入するための、孔あき管スパージャをその一端に有する第２導管；ここで、孔あき管スパージャは長手方向軸を有し、孔あき管スパージャの長手方向軸が第１導管の長手方向軸と一般に垂直である関係を有して、第１導管の内面壁の開口部を貫通して第１導管内に配されており；孔あき管スパージャは、外表面、第１端末、閉鎖した第２端末、外径Ｄ2、第１導管内にある部分の長さＬ1、及び、一般に第１導管の下流側端末部の方向に面している複数の孔を有し；孔あき管スパージャの第１端末での外表面は、第１導管の内面壁の開口部と密封結合（ｓｅａｌｉｎｇ ｅｎｇａｇｅｍｅｎｔ）している；及び
内径Ｄ3を有し、第１導管の下流側端末部と、流体の流れが導通するように結合している第３導管；
を含む。
【００１２】
本発明は、更に、上記した本発明のアトマイザの操作方法を含む。特には、液流を噴霧するための本発明の方法は：
上記のアトマイザを用意するステップ；
第１導管の上流側端末部に液流を導入するステップ；
第２導管を経て、孔あき管スパージャを通して噴霧促進媒体を導入するステップ；
液流を、孔あき管スパージャの複数の孔から下流へ出た噴霧促進媒体流と接触させ、それにより、液流及び噴霧促進媒体の乱流混合体（ｔｕｒｂｕｌｅｎｔ ｍｉｘｔｕｒｅ）を形成するステップ；
乱流混合体を第３導管に送り、それにより、乱流混合体を環状ミスト流混合体（ａｎｎｕｌａｒ−ｍｉｓｔ ｆｌｏｗ ｍｉｘｔｕｒｅ）に転換するステップ；
環状ミスト流混合体をノズルに送るステップ；及び
ノズルから環状ミスト流混合体を取り出し、それにより、液流を少なくとも部分的に噴霧し、噴霧状の液流を形成するステップ；
を含む。
【００１３】
本発明の他の目的及び利点は、本発明の詳細な説明及び添付の特許請求の範囲から明らかになるであろう。
【００１４】
（発明の詳細な説明）
本発明の装置及びプロセスを、図面を参照して説明する。図面の具体的な配置の引用は、本発明を、それに関連して開示された図面の詳細に限定することを意味するものではない。
【００１５】
図１から３、及び、特に図１に関して、第１導管１００、第２導管１０２、第３導管１０４及び任意にノズル１０６を含む、本発明のアトマイザ１０がそこに図示されている。第１導管１００は、長手方向軸１０８、内面壁１１０、内径Ｄ1、上流側端末部１１２、下流側端末部１１４及び上流側端末部１１２と下流側端末部１１４との間における内面壁１１０に開口部１１６、を有する。
【００１６】
第２導管１０２は、その一端に、流体の流れが導通するように結合した孔あき管スパージャ１１８を有する。孔あき管スパージャ１１８は、長手方向軸１２０、外表面１２２、第１端末１２４、閉鎖した第２端末１２６、外径Ｄ2、第１導管１００内にある部分の長さＬ1、及び複数の孔１２８を有する。孔あき管スパージャ１１８は、孔あき管スパージャ１１８の長手方向軸１２０が、第１導管１００の長手方向軸１０８と、一般に垂直である関係を有して、内面壁１１０の開口部１１６を貫通して、第１導管１００内に配されている。複数の孔１２８は、一般に第１導管１００の下流側端末部１１４の方向に面している。孔あき管スパージャ１１８の第１端末１２４での外表面１２２は、第１導管１００の内面壁１１０の開口部１１６と密封結合している。孔あき管スパージャ１１８の外表面１２２及び第１導管１００の内面壁１１０は、第１導管１００内に第１断面積（ＡXS1）を規定し、この断面積は、第１導管１００の長手方向軸１０８と一般に垂直である関係にあり、孔あき管スパージャ１１８の長手方向軸１２０とは、一般に平行である。複数孔１２８は総第２断面積（ＡXS2）を有する。
【００１７】
図２及び３に関して、孔あき管スパージャ１１８の複数の孔１２８は、複数の孔列を含むことで更に特徴づけられ、個々の列は、孔あき管スパージャ１１８の長手方向軸１２０に一般に平行であり、破線１３０に沿って位置する中心列、破線１３２に沿って位置する第１側列及び破線１３４に沿って位置する第２側列を含むが、これらに限定されない。線１３２に沿った第１側列にある孔の軸は、孔あき管スパージャ１１８の長手方向軸１２０と交差する第１平面１３６内にある。線１３４に沿った第２側列にある孔の軸は、孔あき管スパージャ１１８の長手方向軸１２０と交差する第２平面１３８内にある。線１３０に沿った中心列にある孔の軸は、孔あき管スパージャ１１８の長手方向軸１２０と交差する第３平面１４０内にある。
【００１８】
図３に関して、第１平面１３６と第３平面１４０との間に形成される第１角１４２は、約４０°から約５０°の範囲に、好ましくは、約４２°から約４８°の範囲に、最も好ましくは、４３°から４７°の間であり得る。第２平面１３８と第３平面１４０との間に形成される第２角１４４は、約４０°から約５０°の範囲に、好ましくは、約４２°から約４８°の範囲に、最も好ましくは、４３°から４７°の間であり得る。第１平面１３６と第２平面１３８との間に形成される第３角１４６は、約８０°から約１００°の範囲に、好ましくは、約８４°から約９６°の範囲に、そして最も好ましくは、８６°から９４°の間であり得る。
【００１９】
好ましい実施態様では、線１３２に沿った第１側列及び線１３４に沿った第２側列は、孔あき管スパージャ１１８の複数の孔１２８の総第２断面積の約７０％から約９０％の範囲に、好ましくは、約７３％から約８７％の範囲に、そして、最も好ましくは、７５％から８５％の間で、含まれ得る。
【００２０】
好ましくは、（Ｄ1−Ｄ2）／２は（Ｄ1−Ｌ1）に実質的に等しく、これにより、第１断面積ＡXS1全面で、液流の実質的に均一な流れを可能にする。
【００２１】
再び図１に関して、第３導管１０４は内径Ｄ3を有し、流体の流れが導通するように第１導管１００に結合している。第３導管１０４は、任意に、流体の流れが導通するようにノズル１０６と結合している。
【００２２】
再び図１及びアトマイザ１０の操作に関して、液流は、第１導管１００の上流側端末部１１２に導入される。次いで、液流は、第１断面積（ＡXS1）を通って、孔あき管スパージャ１１８の周囲を流れる。
【００２３】
ＡXS1は、好ましくは、孔あき管スパージャー１１８の周囲の液流の質量流束＝ｍａｓｓ ｆｌｕｘ（ＭＦ1）が、約６２５ ｌｂｍ／（ｆｔ2ｓｅｃ）から約１０５０ ｌｂｍ／（ｆｔ2ｓｅｃ）の範囲、好ましくは、約７００ ｌｂｍ／（ｆｔ2ｓｅｃ）から約９７５ ｌｂｍ／（ｆｔ2ｓｅｃ）の範囲、そして最も好ましくは、７７５ ｌｂｍ／（ｆｔ2ｓｅｃ）から９００ ｌｂｍ／（ｆｔ2ｓｅｃ）になるような値を有する。液流の質量流束は、式：
Figure 0003739318
ここで、
ｍ1＝ｌｂｍ／ｓｅｃで表わされる液流の質量流量；そして
ＡXS1＝ｆｔ2で表わされる断面積；
で定義される。
（注釈：単位換算について
本明細書において、使用されている米国慣用単位とＳＩ単位の換算は、以下の通りである。
１ｌｂｍ／ｓｅｃ ＝ ０．４５４ｋｇｍ／ｓｅｃ
１ｆｔ2 ＝ ０．９２９ｍ2
１ｌｂｍ／ｆｔ2ｓｅｃ ＝ ４．８９ｋｇｍ／ｍ2ｓｅｃ（分母のｍはメートル）
１ｌｂｍ／ｆｔ3 ＝ １６．０ｋｇｍ／ｍ3（分母のｍはメートル）
１ｌｂｆ／ｆｔ ＝ １．４９ｋｇｆ／ｍ
ｌｂ（ポンド）及びｋｇの後のｍまたはｆは、ｍａｓｓ（質量）に関する重量またはｆｏｒｃｅ（かかっている力）に関する重量を意味する。）
【００２４】
噴霧促進媒体は第２導管１０２に導入され、第２導管１０２の孔あき管スパージャ１１８に流れ込み、複数の孔１２８の総第２断面積ＡXS2を通って、孔あき管スパージャ１１８から出る。ＡXS2は、好ましくは、複数の孔１２８からの出口における噴霧促進媒体の質量流束（ＭＦ2）が、約３０ ｌｂｍ／（ｆｔ2ｓｅｃ）から約５０ ｌｂｍ／（ｆｔ2ｓｅｃ）の範囲、好ましくは、約３２ ｌｂｍ／（ｆｔ2ｓｅｃ）から約４８ ｌｂｍ／（ｆｔ2ｓｅｃ）の範囲、そして最も好ましくは、３５ ｌｂｍ／（ｆｔ2ｓｅｃ）から４５ ｌｂｍ／（ｆｔ2ｓｅｃ）になるような値を有する。噴霧促進媒体の質量流束は、式：
Figure 0003739318
ここで、
ｍ2＝ｌｂｍ／ｓｅｃで表わされる噴霧促進媒体の質量流量；そして
ＡXS2＝ｆｔ2で表わされる断面積；
で定義される。
【００２５】
複数の孔１２８からの出口において、噴霧促進媒体は液流と接触し、これにより液流及び噴霧促進媒体の乱流混合体を形成する。噴霧促進媒体はガス速度数（Ｎgv）を有し、液流は液速度数（ＮLV）を有し、両者は下記で定義される。好ましくは、第３導管１０４の直径Ｄ3は、ＮLVの変化に応じて、Ｎgvが１０z：
ここで、
ｚ＝（１．４０１−２．６９４ＮL＋０．５２１（ＮLV）0.329）；
Ｎgv＝Ｖsg（ρLｇc／ｇσL）1/4；
ＮLv＝ＶsL（ρLｇc／ｇσL）1/4；
Figure 0003739318
Ａxs3＝π（Ｄ3）2／４ ；
ＮL＝ｌｂｍ／ｆｔｓｅｃで表わされる液流の粘度；
ρL＝ｌｂｍ／ｆｔ3で表わされる液流の密度；
ρv＝ｌｂｍ／ｆｔ3で表わされる噴霧促進媒体の密度；
ｇc＝重力定数；
ｇ＝重力による加速度；
σL＝ｌｂｆ／ｆｔで表わされる液流の表面張力；そして
Ａxs3＝ｆｔ2で表わされる第３導管の断面積；
を上回るような値を有する。
【００２６】
Ｄ3の値が、上記の値である場合には、乱流混合体は、第１導管１００の下流端末部１１４から第３導管１０４への通過に際して、第３導管１０４内で環状ミスト流混合体に転換するであろう。この環状ミスト流混合体は、ノズルの出口において、液流の噴霧を生み出すために必要である。環状ミスト流混合体は好ましくは、実質的に円周上で均一である。環状ミスト流混合体は、次いでノズル１０６に流れ込み、そこから取り出されて、液流の少なくとも部分的な噴霧を生み、噴霧状液流の形成につながる。噴霧された液流は、次いでノズル１０６により空気又は流動触媒のような媒体（これらに限定されない）に均一に分散される。本発明に使用される適切なノズルは、上記のような媒体中に液流を均一に分散するのに効果的な、いずれのノズルの形状も含み得る。特に、適切なノズルは、Ｂｅｔｅ Ｆｏｇ Ｎｏｚｚｌｅ，Ｉｎｃ．製のＢＥＴＥノズル（登録商標）を含む。
【００２７】
図４は、図１の本発明のアトマイザ１０をその中に組み入れている原料注入域２００を含む、ＦＣＣ装置２０の１型式を示す。原料注入域２００は、流体の流れが導通するように、油供給ライン２０１、噴霧促進媒体ライン２０２及びライザ反応器２０３に結合している。導管２０４は、流体の流れが導通するように、ライザ反応器２０３と触媒／製品分離域２０６を連結しており、触媒／製品分離域２０６は、通常、数基のサイクロン分離器２０８を内包し、触媒／製品分離域２０６から塔頂製品を取り出すための導管２１０と、流体の流れが導通するように結合している。触媒／製品分離域２０６は、流体の流れが導通するようにストリッピング部（ｓｔｒｉｐｐｉｎｇ ｓｅｃｔｉｏｎ）２１２と結合しており、ストリッピング部２１２では、ガス体、好ましくは、蒸気がライン２１４及び２１６から導入され、使用済み触媒から同伴炭化水素（ｅｎｔｒａｉｎｅｄ ｈｙｄｒｏｃａｒｂｏｎ）を放散する。導管、即ち、スタンドパイプ２１８は、流体の流れが導通するようにストリッピング部２１２と再生域２２０を連結する。再生域２２０は、再生域２２０に空気を導入するための導管２２２と、流体の流れが導通するように結合している。操作弁２２４（好ましくはスライド弁）は、流体の流れが導通するように再生域２２０と触媒搬送域２２６を連結している。触媒搬送域２２６は、流体の流れが導通するように、原料注入域２００と結合している。触媒搬送域２２６は、又、流動用ガス（ｆｌｕｉｄｉｚｉｎｇ ｇａｓ）を触媒搬送域２２６に導入するための導管２２８とも、流体の流れが導通するように結合している。
【００２８】
図５及び６に関して、図４の原料注入域２００が、円錐台部２３０、典型的なガイド２３２及び本発明のアトマイザ１０を含めて、更に詳細にそこで図示されている。
【００２９】
円錐台部２３０は、上下逆さまに取り付けられ、中心軸２３４を有する。即ち、錐台の上端が下端より下にあり、上下両端が流れに対し開放されている。
【００３０】
１つの実施態様として、図６は、原料注入域２００の下流側から見た断面を表わしており、この断面は、円錐台部２３０の周囲にある複数のガイド２３２の形状を図示しており、この複数ガイドにアトマイザ１０（図６には、描かれていない）が取り付けられている。再び、図５に関して、アトマイザ１０は、ガイド２３２にしっかりと固定されており、原料注入域２００の円錐台部２３０に対して流体の流れが導通している。アトマイザ１０は、適切な密封性を得るのに十分であるいずれの方法によっても、ガイド２３２にしっかりと固定できる。好ましくは、アトマイザ１０は、ガイド２３２に溶接又はボルト付けされる。
【００３１】
ＦＣＣ装置２０の操作に関して、及び、再び図４に関して、油流及び噴霧促進媒体は、触媒搬送域２２６（下記に更に詳しく説明される）からの再生された流動触媒と接触させるために、各々ライン２０１及び２０２を通って、原料注入域２００に導入される。油流が再生触媒と接触することにより、これらの混合物がライザ反応器２０３を上昇していく間に、油流のガソリン域及びより軽質の炭化水素への転換について触媒作用が及ぼされる。油流が分解されるにつれ、触媒は、その表面及び隙間の空間に、炭化水素やコークスが蓄積することによって次第に不活性化する。この部分的に不活性化した触媒は、その後、使用済み触媒（ｓｐｅｎｔ ｃａｔａｌｙｓｔ）として、ライザ反応器２０３から導管２０４を経て、触媒／製品分離域２０６に流れて行く。炭化水素製品ガス及び使用済み触媒は、触媒／製品分離域２０６で分離され、炭化水素製品ガスは、導管２１０を通って排出され、使用済み触媒は下方に流れる。使用済み触媒は、ストリッピング部２１２を下降し、導管２１４及び２１６からの向流の（ｃｏｕｎｔｅｒ ｆｌｏｗｉｎｇ）ストリッピング用ガスによって、付着した炭化水素を放散する。放散済みの触媒は下方に流れ、導管２１８を経て再生域２２０に入り、ここで放散済み触媒は、導管２２２を経て供給される空気で、残存しているいずれのコークス付着物をも燃焼することにより再生される。再生された触媒は、次いで触媒搬送域２２６に流入し、ここで導管２２８からの流動用ガス、好ましくは蒸気が再生触媒を流動化し、再生触媒の原料注入域２００への流入を促進する。アトマイザ１０が、ＦＣＣ装置２０で使用される時の性能を更に詳しく説明するために、図１が参照される。
【００３２】
再び図１及びアトマイザ１０の操作に関して、油流は、第１導管１００の上流側端末部１１２に導入される。次いで、油流は、第１断面積（ＡXS1）を通って、孔あき管スパージャ１１８の周囲を流れる。
【００３３】
ＡXS1は、好ましくは、孔あき管スパージャ１１８の周囲の油流の質量流束（ＭＦ1）が、約６２５ ｌｂｍ／（ｆｔ2ｓｅｃ）から約１０５０ ｌｂｍ／（ｆｔ2ｓｅｃ）の範囲に、好ましくは、約７００ ｌｂｍ／（ｆｔ2ｓｅｃ）から約９７５ ｌｂｍ／（ｆｔ2ｓｅｃ）の範囲に、そして最も好ましくは、７７５ ｌｂｍ／（ｆｔ2ｓｅｃ）から９００ ｌｂｍ／（ｆｔ2ｓｅｃ）になるような値を有する。油流の質量流束は、式：
Figure 0003739318
ここで、
ｍ1＝ｌｂｍ／ｓｅｃで表わされる油流の質量流量；そして
ＡXS1＝ｆｔ2で表わされる断面積；
で定義される。
【００３４】
噴霧促進媒体、好ましくは、蒸気は、第２導管１０２に導入され、第２導管１０２の孔あき管スパージャ１１８に流れ込み、複数の孔１２８の総第２断面積ＡXS2を通って、孔あき管スパージャ１１８から出る。ＡXS2は、好ましくは、複数の孔１２８からの出口における噴霧促進媒体の質量流束（ＭＦ2）が、約３０ ｌｂｍ／（ｆｔ2ｓｅｃ）から約５０ ｌｂｍ／（ｆｔ2ｓｅｃ）の範囲に、好ましくは、約３２ ｌｂｍ／（ｆｔ2ｓｅｃ）から約４８ ｌｂｍ／（ｆｔ2ｓｅｃ）の範囲に、そして最も好ましくは、３５ ｌｂｍ／（ｆｔ2ｓｅｃ）から４５ ｌｂｍ／（ｆｔ2ｓｅｃ）になるような値を有する。噴霧促進媒体の質量流束は、式：
Figure 0003739318
ここで、
ｍ2＝ｌｂｍ／ｓｅｃで表わされる噴霧促進媒体の質量流量；そして
ＡXS2＝ｆｔ2で表わされる断面積；
で定義される。
【００３５】
複数の孔１２８からの出口において、噴霧促進媒体は油流と接触し、これにより、油流及び噴霧促進媒体の乱流混合体を形成する。噴霧促進媒体はガス速度数（Ｎgv）を有し、油流は液速度数（ＮLV）を有し、両者は下記で定義される。好ましくは、第３導管１０４の直径Ｄ3は、ＮLVの変化に応じて、Ｎgvが１０z：
ここで、
ｚ＝（１．４０１−２．６９４ＮL＋０．５２１（ＮLV）0.329）；
Ｎgv＝Ｖsg（ρLｇc／ｇσL）1/4；
ＮLv＝ＶsL（ρLｇc／ｇσL）1/4；
Figure 0003739318
Ａxs3＝π（Ｄ3）2／４ ；
ＮL＝ｌｂｍ／ｆｔｓｅｃで表わされる油流の粘度；
ρL＝ｌｂｍ／ｆｔ3で表わされる油流の密度；
ρv＝ｌｂｍ／ｆｔ3で表わされる噴霧促進媒体の密度；
ｇc＝重力定数；
ｇ＝重力による加速度；
σL＝ｌｂｆ／ｆｔで表わされる油流の表面張力；そして
Ａxs3＝ｆｔ2で表わされる第３導管の断面積；
を上回るような値を有する。
【００３６】
Ｄ3の値が上記の値である場合には、乱流混合体は、第１導管１００の下流端末部１１４から第３導管１０４への通過に際して、第３導管１０４内で環状ミスト流混合体に転換するであろう。この環状ミスト流混合体は、ノズルの出口において油流の噴霧を生み出すために必要である。環状ミスト流混合体は好ましくは、実質的に円周上で均一である。環状ミスト流混合体は、次いでノズル１０６に流れ込み、そこから取り出されて、油流の少なくとも部分的な噴霧を生み、噴霧状油流の形成につながる。噴霧された油流は、次いで原料注入域２００の円錐台部２３０を流れている、触媒搬送域２２６からの再生された流動触媒中に、ノズル１０６によって均一に分散される。
【００３７】
例
ＦＣＣ装置における効率的なアトマイザは、原料油を噴霧し、かつ、原料油をライザ反応器に均一に分散させる必要がある。アトマイザは、ライザ反応器での滞留時間内で蒸発し、触媒により反応し得る液滴粒度分布（ｄｒｏｐｌｅｔ ｓｉｚｅ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ）を作り出すよう設計しなければならない。この蒸発プロセスでの生成物は、ガス状炭化水素、及び高沸点物から成る残渣エアロゾル（ｒｅｓｉｄｕａｌ ａｅｒｏｓｏｌ）である。蒸気状の生成物は、触媒により反応し得るのに対し、残渣エアロゾルは、周りの表面（粒子及び壁面）上に吸着し熱分解する。もし、ライザ反応器の性能が貧弱であれば、残渣エアロゾルは、主精留塔（ｆｒａｃｔｉｏｎａｔｏｒ）に持ち込まれる可能性があり、潜在する安定性についての問題（ｓｔａｂｉｌｉｔｙ ｐｒｏｂｌｅｍ）を引き起こす可能性がある。
【００３８】
原料油の効率的な蒸発のためには、噴霧に加えて、原料油がライザ反応器の断面に亘って、良好な分布をする必要がある。これにより、油が高温の再生触媒と均一に接触することができる。アトマイザから出る噴霧の性状は、混合域に流入する触媒の密度と調和したものでなければならない。正しく調和していれば、噴霧は密集した触媒中に浸透し、完全に分散するであろう。そうでない場合は、アトマイザから出る噴霧は、上方に向かう傾向があり、触媒とは十分に接触しない可能性がある。この不十分な接触により、原料油の一部を混合域より下方へ引っ張る渦が生じる可能性がある。その結果、選択率及び処理能力が阻害されるであろう。全体として、適切に設計されたアトマイザは、良好な噴霧及び分散により、油と触媒粒子の間の表面物質移動抵抗（ｅｘｔｅｒｎａｌ ｍａｓｓ ｔｒａｎｓｆｅｒ ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ）を制限するように機能する。
【００３９】
アトマイザの性能が良ければ、油に対する触媒の比（Ｃ／Ｏ）の変化に応じて、種々の指数における傾向がわかる筈である。特に、蒸発した原料の触媒粒子への表面物質移動は、制限を受けないであろう。この結果、Ｃ／Ｏ比が増大すれば、触媒上にある活性点（ａｃｔｉｖｅ ｓｉｔｅｓ）の数は増加して触媒反応の度合いが増加し、熱反応の度合いは減少する筈である。これらの傾向は、水素移動及び熱分解の指数に表われてくる筈である。水素移動は増加し、熱分解は減少する。この変化は、ライザ反応器での分解熱及び装置全体で生成するコークス量に影響する。
【００４０】
水素移動指数（ｈｙｄｒｏｇｅｎ ｔｒａｎｓｆｅｒ ｉｎｄｅｘ）は、イソブタンの収率の、イソブテンの収率に対する比として定義される。水素移動は、１つの不飽和分子を脱水素し、他の不飽和分子を水素化する、強い発熱を伴う２分子間触媒反応である。この指数は、水素移動の最終生成物であるイソブタンの量と、接触分解の最終生成物であるイソブテンの量を比較することで、水素移動反応の程度を表わす。
【００４１】
熱分解指数（ｔｈｅｒｍａｌ ｃｒａｃｋｉｎｇ ｉｎｄｅｘ）は、エタン及びより軽質の成分の収率の、イソブテンの収率に対する比として定義される。熱分解反応は、触媒を用いない吸熱反応である。エタン及びより軽質の成分は、熱分解の最終生成物であり、イソブテンは接触分解の最終生成物である。この指数は、接触分解に比較した熱分解の程度を表わす尺度である。
【００４２】
本発明は、好ましい実施態様の用語を使って説明されてきたが、理にかなった変更及び修正は、当業者によって可能である。このような修正は、記載された本発明及び添付の特許請求の範囲内にある。
【図面の簡単な説明】
【図１】 図１は、本発明のアトマイザの或る形状を示す、部分的に切り取った立面図である。
【図２】 図２は、図１で示される本発明のアトマイザの或る形状を更に詳しく示す、図１の線２−２で切り取った断面図である。
【図３】 図３は、図１及び２で示される本発明のアトマイザの或る形状を更に詳しく示す、図２の線３−３で切り取った断面図である。
【図４】 図４は、本発明のアトマイザのある形状を組み入れたＦＣＣ装置の、１つの型の或る形状を模式的に図示する。
【図５】 図５は、図４に示されるＦＣＣ装置の原料注入部の或る形状を更に詳しく示す、拡大した切り取り図である。
【図６】 図６は、図４及び５で示される原料注入部の或る形状を更に詳しく示す、拡大した断面図である。

Claims (21)

  1. 長手方向軸、内面壁、内径Ｄ1、上流側端末部、下流側端末部、及び前記上流側端末部と前記下流側端末部との間における前記内面壁に開口部を有する第１導管；
    噴霧促進媒体を前記第１導管に導入するための、孔あき管スパージャをその一端に有する第２導管；ここで、前記孔あき管スパージャは長手方向軸を有し、前記孔あき管スパージャの長手方向軸が前記第１導管の長手方向軸と一般に垂直である関係を有して、前記内面壁の前記開口部を貫通して前記第１導管内に配されており；前記孔あき管スパージャは、外表面、第１端末、閉鎖した第２端末、外径Ｄ2、前記第１導管内にある部分の長さＬ1、及び、一般に前記第１導管の下流側端末部の方向に面している複数の孔を有し；前記孔あき管スパージャの前記第１端末での外表面は、前記第１導管の前記内面壁の前記開口部と密封結合している；及び
    内径Ｄ3を有し、前記第１導管の下流側端末部と、流体の流れが導通するように結合している第３導管；
    を含む、アトマイザ。
  2. 前記第３導管と、流体の流れが導通するように結合したノズルを含むという更なる特徴を有する、請求項１記載のアトマイザ。
  3. 前記孔あき管スパージャの前記外表面及び前記第１導管の前記内面壁が、第１断面積（Ａ XS1 ）を規定し、この第１断面積は、前記第１導管を通り、かつ、前記孔あき管スパージャの周囲を流れる液流の質量流束（ＭＦ 1 ）が、６２５ ｌｂｍ／（ｆｔ 2 ｓｅｃ）から１０５０ ｌｂｍ／（ｆｔ 2 ｓｅｃ）の範囲になるような値を有し；ＭＦ 1 が、式：
    Figure 0003739318
    ここで、
    ｍ 1 ＝ｌｂｍ／ｓｅｃで表わされる前記液流の質量流量；そして
    Ａ XS1 ＝ｆｔ 2 で表わされる断面積；
    で定義される、請求項１記載のアトマイザ。
  4. 前記孔あき管スパージャの前記複数の孔が、総第２断面積（Ａ XS2 ）を有し、この総第２断面積（Ａ XS2 ）は、前記噴霧促進媒体の質量流束（ＭＦ 2 ）が、前記複数の孔の出口で、３０ ｌｂｍ／（ｆｔ 2 ｓｅｃ）から５０ ｌｂｍ／（ｆｔ 2 ｓｅｃ）の範囲になるような値を有し；ＭＦ 2 が、式：
    Figure 0003739318
    ここで、
    ｍ 2 ＝ｌｂｍ／ｓｅｃで表わされる前記噴霧促進媒体の質量流量；そして
    Ａ XS2 ＝ｆｔ 2 で表わされる断面積；
    で定義される、請求項１記載のアトマイザ。
  5. （Ｄ 1 −Ｄ 2 ）／２が（Ｄ 1 −Ｌ 1 ）に実質的に等しい、請求項１記載のアトマイザ。
  6. 前記孔あき管スパージャの前記複数の孔が複数の孔列を含み、その各々が、前記孔あき管スパージャの長手方向軸に一般に平行であり、前記複数の孔列が、中心列、第１側列及び第２側列を含み、前記第１側列の孔の軸が、前記孔あき管スパージャの長手方向軸と交差する第１平面内にあり、前記第２側列の孔の軸が、前記孔あき管スパ ージャの長手方向軸と交差する第２平面内にあり、前記中心列の孔の軸が、前記孔あき管スパージャの長手方向軸と交差する第３平面内にあり、前記第１平面と前記第３平面との間の第１角度が４０°から５０°の範囲にあり、前記第２平面と前記第３平面との間の第２角度が４０°から５０°の範囲にあり、そして、前記第１平面と前記第２平面との間の第３角度が８０°から１００°の範囲にあることを更なる特徴とする、請求項１記載のアトマイザ。
  7. 前記孔あき管スパージャの前記複数の孔が複数の孔列を含み、その各々が、前記孔あき管スパージャの長手方向軸に一般に平行であり、前記複数の孔列が、中心列、第１側列及び第２側列を含み、前記第１側列の孔の軸が、前記孔あき管スパージャの長手方向軸と交差する第１平面内にあり、前記第２側列の孔の軸が、前記孔あき管スパージャの長手方向軸と交差する第２平面内にあり、前記中心列の孔の軸が、前記孔あき管スパージャの長手方向軸と交差する第３平面内にあり、前記第１平面と前記第３平面との間の第１角度が４０°から５０°の範囲にあり、前記第２平面と前記第３平面との間の第２角度が４０°から５０°の範囲にあり、そして、前記第１平面と前記第２平面との間の第３角度が８０°から１００°の範囲にあり、前記第１側列及び前記第２側列が、前記孔あき管スパージャの前記複数の孔の総第２断面積（Ａ XS2 ）の７０％から９０％の範囲で含まれ、そこで、（Ａ XS2 ）は、前記噴霧促進媒体の質量流束（ＭＦ 2 ）が、前記複数の孔の出口で、３０ ｌｂｍ／（ｆｔ 2 ｓｅｃ）から５０ ｌｂｍ／（ｆｔ 2 ｓｅｃ）の範囲になるような値を有し；ＭＦ 2 が、式：
    Figure 0003739318
    ここで、
    ｍ 2 ＝ｌｂｍ／ｓｅｃで表わされる前記噴霧促進媒体の質量流量；そして
    Ａ XS2 ＝ｆｔ 2 で表わされる断面積；
    で定義されることを更なる特徴とする、請求項１記載のアトマイザ。
  8. 前記噴霧促進媒体がガス速度数（Ｎ gv ）を有し、前記第１導管を流れる液流が液速度数（Ｎ Lv ）を有するとき、Ｄ 3 は、Ｎ Lv の変化に応じて、Ｎ gv が１０ z ：
    ここで、
    ｚ＝（１．４０１−２．６９４Ｎ L ＋０．５２１（Ｎ LV ） 0.329 ）；
    Ｎ gv ＝Ｖ sg （ρ L ｇ c ／ｇσ L ） 1/4 ；
    Ｎ Lv ＝Ｖ sL （ρ L ｇ c ／ｇσ L ） 1/4 ；
    Figure 0003739318
    Ａ xs3 ＝π（Ｄ 3 ） 2 ／４ ；
    Ｎ L ＝ｌｂｍ／ｆｔｓｅｃで表わされる前記液流の粘度；
    ρ L ＝ｌｂｍ／ｆｔ 3 で表わされる前記液流の密度；
    ρ v ＝ｌｂｍ／ｆｔ 3 で表わされる前記噴霧促進媒体の密度；
    ｇ c ＝重力定数；
    ｇ＝重力による加速度；
    σ L ＝ｌｂｆ／ｆｔで表わされる前記液流の表面張力；
    ｍ 1 ＝ｌｂｍ／ｓｅｃで表わされる前記液流の質量流量；
    ｍ 2 ＝ｌｂｍ／ｓｅｃで表わされる前記噴霧促進媒体の質量流量；そして
    Ａ xs3 ＝ｆｔ 2 で表わされる前記第３導管の断面積；
    を上回るような値を有する、請求項１記載のアトマイザ。
  9. 前記噴霧促進媒体が蒸気である、請求項１記載のアトマイザ。
  10. 前記アトマイザは、液流を噴霧するためのものであり、かつ前記液流が油流である、請求項１記載のアトマイザ。
  11. 請求項１のアトマイザを用意するステップ；
    前記第１導管の前記上流側端末部に液流を導入するステップ；
    前記第２導管を経て、前記孔あき管スパージャを通して噴霧促進媒体を導入するステップ；
    前記液流を、前記孔あき管スパージャの前記複数の孔から下流へ出た前記噴霧促進媒体流と接触させ、それにより、前記液流及び前記噴霧促進媒体の乱流混合体を形成するステップ；
    前記乱流混合体を前記第３導管に送り、それにより、前記乱流混合体を環状ミスト流混合体に転換するステップ；
    前記環状ミスト流混合体をノズルに送るステップ；及び
    前記ノズルから前記環状ミスト流混合体を取り出し、それにより、前記液流を少なくとも部分的に噴霧し、噴霧状の液流を形成するステップ；
    を含む、液流を噴霧させる方法。
  12. 前記環状ミスト流混合体が、前記ノズル内において、実質的に円周上で均一である、請求項１１記載の方法。
  13. 前記孔あき管スパージャの前記外表面及び前記第１導管の前記内面壁が、第１断面積（Ａ XS1 ）を規定し、この第１断面積は、前記孔あき管スパージャの周囲の前記液流の質量流束（ＭＦ 1 ）が、６２５ ｌｂｍ／（ｆｔ 2 ｓｅｃ）から１０５０ ｌｂｍ／（ｆｔ 2 ｓｅｃ）の範囲になるような値を有し；ＭＦ 1 が、式：
    Figure 0003739318
    ここで、
    ｍ 1 ＝ｌｂｍ／ｓｅｃで表わされる前記液流の質量流量；そして
    Ａ XS1 ＝ｆｔ 2 で表わされる断面積；
    で定義される、請求項１１記載の方法。
  14. 前記孔あき管スパージャの前記複数の孔が、総第２断面積（Ａ XS2 ）を有し、この総第２断面積（Ａ XS2 ）は、前記噴霧促進媒体の質量流束（ＭＦ 2 ）が、前記複数の孔の出口で３０ ｌｂｍ／（ｆｔ 2 ｓｅｃ）から５０ ｌｂｍ／（ｆｔ 2 ｓｅｃ）の範囲になるような値を有し；ＭＦ 2 が、式：
    Figure 0003739318
    ここで、
    ｍ 2 ＝ｌｂｍ／ｓｅｃで表わされる前記噴霧促進媒体の質量流量；そして
    Ａ XS2 ＝ｆｔ 2 で表わされる断面積；
    で定義される、請求項１１記載の方法。
  15. （Ｄ 1 −Ｄ 2 ）／２が（Ｄ 1 −Ｌ 1 ）に実質的に等しい、請求項１１記載の方法。
  16. 前記孔あき管スパージャの前記複数の孔が複数の孔列を含み、その各々が、前記孔あき管スパージャの長手方向軸に一般に平行であり、前記複数の孔列が、 中心列、第１側列及び第２側列を含み、前記第１側列の孔の軸が、前記孔あき管スパージャの長手方向軸と交差する第１平面内にあり、前記第２側列の孔の軸が、前記孔あき管スパージャの長手方向軸と交差する第２平面内にあり、前記中心列の孔の軸が、前記孔あき管スパージャの長手方向軸と交差する第３平面内にあり、前記第１平面と前記第３平面との間の第１角度が４０°から５０°の範囲にあり、前記第２平面と前記第３平面との間の第２角度が４０°から５０°の範囲にあり、そして、前記第１平面と前記第２平面との間の第３角度が８０°から１００°の範囲にあることを更なる特徴とする、請求項１１記載の方法。
  17. 前記孔あき管スパージャの前記複数の孔が複数の孔列を含み、その各々が、前記孔あき管スパージャの長手方向軸に一般に平行であり、前記複数の孔列が、中心列、第１側列及び第２側列を含み、前記第１側列の孔の軸が、前記孔あき管スパージャの長手方向軸と交差する第１平面内にあり、前記第２側列の孔の軸が、前記孔あき管スパージャの長手方向軸と交差する第２平面内にあり、前記中心列の孔の軸が、前記孔あき管スパージャの長手方向軸と交差する第３平面内にあり、前記第１平面と前記第３平面との間の第１角度が４０°から５０°の範囲にあり、前記第２平面と前記第３平面との間の第２角度が４０°から５０°の範囲にあり、そして、前記第１平面と前記第２平面との間の第３角度が８０°から１００°の範囲にあり、前記第１側列及び前記第２側列が、前記孔あき管スパージャの前記複数の孔のＡ XS2 の７０％から９０％の範囲で含まれることを更なる特徴とする、請求項１１記載の方法。
  18. 前記噴霧促進媒体がガス速度数（Ｎ gv ）を有し、前記液流が液速度数（Ｎ Lv ）を有するとき、Ｄ 3 は、Ｎ Lv の変化に応じて、Ｎ gv が１０ z ：
    ここで、
    ｚ＝（１．４０１−２．６９４Ｎ L ＋０．５２１（Ｎ LV ） 0.329 ）；
    Ｎ gv ＝Ｖ sg （ρ L ｇ c ／ｇσ L ） 1/4 ；
    Ｎ Lv ＝Ｖ sL （ρ L ｇ c ／ｇσ L ） 1/4 ；
    Figure 0003739318
    Ａ xs3 ＝π（Ｄ 3 ） 2 ／４ ；
    Ｎ L ＝ｌｂｍ／ｆｔｓｅｃで表わされる前記液流の粘度；
    ρ L ＝ｌｂｍ／ｆｔ 3 で表わされる前記液流の密度；
    ρ v ＝ｌｂｍ／ｆｔ 3 で表わされる前記噴霧促進媒体の密度；
    ｇ c ＝重力定数；
    ｇ＝重力による加速度；
    σ L ＝ｌｂｆ／ｆｔで表わされる前記液流の表面張力；
    ｍ 1 ＝ｌｂｍ／ｓｅｃで表わされる前記液流の質量流量；
    ｍ 2 ＝ｌｂｍ／ｓｅｃで表わされる前記噴霧促進媒体の質量流量；そして
    Ａ xs3 ＝ｆｔ 2 で表わされる前記第３導管の断面積；
    を上回るような値を有する、請求項１１記載の方法。
  19. 前記噴霧促進媒体が蒸気である、請求項１１記載の方法。
  20. 前記液流が油流である、請求項１１記載の方法。
  21. 前記液流が油流であり、前記ノズルの出口において、前記噴霧された液流が流動触媒の中へ均一に分散され、または前記ノズルの出口及び流動接触分解装置の内部で、前記噴霧された液流が流動触媒の中へ均一に分散され、または前記ノズルの出口及び流動床コーカー装置（ｆｌｕｉｄｉｚｅｄ ｃｏｋｅｒ ｕｎｉｔ）の内部で、前記噴霧された液流が流動触媒の中へ均一に分散される、請求項１１記載の方法。
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