JP5761865B2 - 重質供給材混合器 - Google Patents

Description

本発明は、一般に、重質炭化水素原料を気化させる装置及び方法に関する。特に、本発明は、蒸気と混合された重質炭化水素原料を実質的に完全に気化させる装置及び方法に関する。また、本発明は、重質炭化水素原料からオレフィンなどの気体及び液体生成物を生成する装置及び方法の使用に関する。

炭化水素原料をより有用な気体及び液体副生成物に変換する熱的な分解は、周知のプロセスである。分解プロセスは、熱分解としても知られており、長鎖炭化水素の中の炭素−炭素結合を分解して短鎖炭化水素を形成する。全体的な反応速度及び最終生成物は、プロセス温度、圧力、及び滞留時間に依存する。熱的な分解は、一般に、エタン、プロパン、又はナフサなどの様々なタイプの相対的に軽質の炭化水素原料から、エチレン、プロピレン、又はブタンなどのオレフィンを生成するために使用されてきた。蒸気分解は、高温の熱的な分解プロセスであり、典型的に熱分解炉で実施される。

従来の熱分解炉は、一般に、２つの主なセクション、すなわち対流セクション及び放射セクションを有する。気体又は液体の炭化水素供給材は、対流セクションへ導入され、そこで、炉バーナ排気ガスに間接的に接触して予熱される。さらに、要求があれば、希釈水蒸気が、対流セクションにおいて加えられてもよい。液体炭化水素供給材は、気液二相混合物を生成するために対流セクションにおいて予熱される。次に、予熱された供給材は、放射セクションへ向けられ、そこで、原料−蒸気混合物は放射熱によって加熱され、所望の生成物を形成するために、典型的に、零点何秒の測定された滞留時間の間、８５０℃程度の温度で分解される。分解後、分解された気体は炉を出て、好ましくは急冷され、下流のさらなるプロセスのために送られる。分解プロセスの結果として形成される生成物は、供給材の成分、炭化水素と蒸気との比率、並びに、分解温度、圧力、及び炉滞留時間などの要素に依存する。

熱分解炉における蒸気分解は、エタン、プロパン、液化石油ガス（ＬＰＧ）、又はナフサなどの軽質炭化水素原料からオレフィンをうまく生成するために使用されてきた。しかし、オレフィンの生成に関するコストを低減するための継続的な要求がある。１つの取り組みは、熱分解の分解プロセスによって経済的に品質改善できる低コストの原料を使用するというものである。例えば、エタン又はナフサ原料は主要な供給材であるが、それよりも重質な原料を使用することによって、オレフィン生成のコストを低減できる可能性がある。重質炭化水素原料の例には、常圧軽油、減圧軽油、原油、脱アスファルト油、タールサンド又はオイルシェールから得られる油、ガス液化重質留分、重質コンデンセート（ｈｅａｖｙ ｃｏｎｄｅｎｓａｔｅ）、及び水素化分解残油が含まれると考えることが可能であるが、それらに限定されない。しかし、２００℃を超える初留点を有するこれらの重質原料を熱分解炉において使用することは、対流セクション管の汚染又はコークス化を引き起こす可能性があり、それは、炉の運転及び性能に悪影響を及ぼす。このことは、気化させられていない重質最終物が対流セクション内の金属管の中で高温にさらされるときに起こる。定期的な間隔で、生成を停止して熱分解炉を清掃することが必要になる。これによって、かなり生産量が低減され、生成コストが増加する。この問題を低減するために、重質炭化水素原料は、加熱されない表面内において蒸気の存在下で完全に気化させられなければならない。

重質炭化水素原料の熱分解による分解に関連した上記及び他の問題に対処するための試みにおいて様々な取り組みが行われてきた。例えば、Ｎｇａｎらによる米国特許第６，６３２，３５１号、及びＳｔｅｌｌらによる米国特許第７，３１１，７４６号は、この明細書に完全に記述されているかのように参照することにより本明細書に組み込まれるが、これらは、重質供給材の揮発性成分および不揮発性成分を分離する、重質原料を熱分解する装置をそれぞれ開示する。コークス化問題を生じさせることが少ない軽質炭化水素成分が、蒸気分解炉へ供給され、そこでオレフィンに変換されることが可能である。重質炭化水素成分は、例えば貯蔵タンクへ送られ、そこで流動接触分解などの他の技術を使用して処理されることが可能である。しかし、これらの取り組みは、対流セクションの前に、余分な処理ステップ、並びに１つ又は複数の混合及び分離ユニットの追加を必要とする。これは、プロセスの複雑さをかなり増加させ、高い資本コストという結果になる。

別の例が、Ｆｅｒｎａｎｄｅｚ−Ｂａｕｊｉｎらによる米国特許第５，１９０，６３４号、及びＥｒｉｃ Ｌｅｎｇｌｅｔによる米国特許第５，８１７，２２６号により提供されており、これらは、この明細書に完全に記述されているかのように参照することにより本明細書に組み込まれる。これらの特許に開示されているのは、Ｈ_２、ＣＨ_４、又は、気化させられた軽質炭化水素原料など水素に富む気体の流れを使用することによってコークスの形成を抑制して、重質炭素原料を混合及び気化させるプロセスである。対流セクションにおいて水素生成物を含むということは、例えば、予熱された炭化水素の重合を抑制することによってコークスの形成を最小化する。しかし、これらの取り組みは、水素に富む必要な流れを供給するための追加の配管を必要とし、それにより、複雑さ及びコストが増加する。また、Ｈ_２などのプロセスガスを使用する必要があるということが、全体の運転コストを増加させる。

さらに別の例を、Ａｌｅｘａｎｄｅｒ Ｇｒｏｎｄｍａｎによる米国特許第４，４９８，６２９号、及びＣｈａｎｄｒａｓｅｋｈａｒａｎらによる米国特許第６，７９７，２３８号に見ることができ、これらは、この明細書に完全に記述されているかのように参照することにより本明細書に組み込まれる。これらの特許は、炉の放射加熱セクションに供給される前に、蒸気で重質炭化水素原料を完全に気化させることによって、コークス形成の性質を最小化する装置を開示する。その装置は、２つの同心円の管状部材を含み、それらは、長手方向軸線が一致しており、それらの間に形成される環状空間を有する。外側管状部材は、わずかに広がる細長い円錐台形状をした部材を有し、それは、過熱蒸気が重質炭化水素原料に交わる位置の後ろの位置において、その開口端に取り付けられる。この構成は、円錐台形状をした部材の壁に接触する液滴の量を低減し、それにより、コークス形成のリスクを低減すると述べられている。しかし、その装置は、炭化水素原料を実質的に完全に気化させるために、非常に長い気化の長さを必要とする。これは、資本コストを増加させ、炉の対流セクションにおいて貴重な配置空間を必要とする。

重質炭化水素原料を分解するためのさらなる方法及びシステムが、例えば、米国特許第３，６１７，４９３号；米国特許第４，６７３，４８６号；米国特許第５，５８０，４４３号；米国特許第７，０９０，７６５号；米国特許第７，２４７，７６５号；米国特許第７，２９７，８３３号；米国特許第７，３１２，３７１号；米国特許第７，３５１，８７２号；及び米国特許第７，３５８，４１３号、並びに米国特許出願公開第２００７／０２３２８４５号に開示されている。前述のそれぞれは、この明細書に完全に記述されているかのように参照することにより本明細書に組み込まれる。上記の先行技術の取り組みは、重質炭化水素原料からより軽質の炭化水素生成物を様々な効率で生成することができ、コークス化又は汚染に関連するいくつかの問題を軽減することができる様々な方法及びシステムを開示する。しかし、コスト低減と共に、設計及び効率をさらに改善するための継続的な要求がある。

米国特許第６，６３２，３５１号 米国特許第７，３１１，７４６号 米国特許第５，１９０，６３４号 米国特許第５，８１７，２２６号 米国特許第４，４９８，６２９号 米国特許第６，７９７，２３８号 米国特許第３，６１７，４９３号 米国特許第４，６７３，４８６号 米国特許第５，５８０，４４３号 米国特許第７，０９０，７６５号 米国特許第７，２４７，７６５号 米国特許第７，２９７，８３３号 米国特許第７，３１２，３７１号 米国特許第７，３５１，８７２号 米国特許第７，３５８，４１３号 米国特許出願公開第２００７／０２３２８４５号

本発明の特定の一実施形態によれば、蒸気との炭化水素供給材混合物を気化させる装置において、下流出口、出口セクション、細まり管／広がり管管状セクション（ｃｏｎｖｅｒｇｉｎｇ／ｄｉｖｅｒｇｉｎｇ ｔｕｂｌａｒ ｓｅｃｔｉｏｎ）、上流入口セクション、及び上流入口を含む、外側の相対的に細長いシェルを含み、
（ａ）前記上流入口セクションは、
（ｉ）上流入口から受け入れた炭化水素原料及び希釈水蒸気の混合物を内側管状配管セクションへ向かわせる円錐台状入口セクション、及び
（ｉｉ）前記炭化水素原料及び希釈水蒸気の混合物が、前記円錐台状入口セクションから、円錐台状入口セクションを細まり管／広がり管管状セクションから分離する板材を通って通過するための前記内側管状配管セクションであって、前記上流入口及び前記上流入口セクションは、前記装置の上流端に位置する、前記内側管状配管セクションを流体接続して含み、
（ｂ）前記細まり管／広がり管管状セクションは、
（ｉ）開口セクションと、細まり管セクションと、スロートセクションと、広がり管セクションであって、前記広がり管セクションの壁が、前記細長いシェルに接続するために延在している、広がり管セクション、及び
（ｉｉ）蒸気を、前記細長いシェルに沿って配置された開口から、上流端の前記板材、前記細長いシェル、及び下流端の前記広がり管セクションによって画定された外側環状領域へ受け入れるための少なくとも１つの蒸気入口を含み、
（ｉｉｉ）前記開口セクションは、前記内側管状配管セクションの周囲に、前記外側環状領域からの蒸気及び前記内側管状配管セクションからの前記炭化水素原料及び希釈水蒸気の混合物を受け入れるための内側環状領域を形成し、混合物を細まり管セクションへ吐出し、
（ｉｖ）前記スロートセクションは、細まり管セクションからの流出物を受け入れ、
（ｖ）前記広がり管セクションは、スロートセクションからの流出物を受け入れており、

（ｃ）前記出口セクションは、前記細まり管／広がり管管状セクションの広がり管セクションと流体接続しており、前記出口セクションは、装置の下流端において前記下流出口と流体接続する、装置が提供される。

本発明の特定の別の実施形態によれば、炭化水素原料を気化させる装置が提供される。その装置は、円錐台状入口セクション及び内側管状配管セクションを含む上流入口セクションと流体接続する上流入口と、下流出口と流体接続する出口セクションと、前記円錐台状入口セクションと一体になった上流端を有する細まり管／広がり管管状セクションであって、
ｉ）開口セクション、
ｉｉ）開口セクションの直径から徐々に直径が減少する細まり管セクション、
ｉｉｉ）一定の直径を有するスロートセクション、及び
ｉｖ）スロートセクションの直径から出口セクションの直径へ徐々に直径が増加する広がり管セクションであって、前記広がり管セクションは、前記出口セクションと流体接続している、広がり管セクションを含む、細まり管／広がり管管状セクションとを備え、
上流入口セクション、及び細まり管／広がり管管状セクションの開口セクションが、共通の長手方向軸線に関して同軸に位置付けられており、
内側管状配管セクションの下流端の少なくとも一部分が、細まり管／広がり管管状セクションの開口セクションの上流端によって取り囲まれており、
広がり管セクションの下流端は、出口セクションと一体になっている。

本発明の特定のさらなる別の実施形態によれば、重質炭化水素原料を気化させる方法が提供される。その方法は、
ｉ）炭化水素供給材を部分的に気化させて気液二相混合物を形成するために、予熱された炭化水素供給材を希釈水蒸気と混合するステップと、
ｉｉ）前記気液二相混合物を上流入口へ向かわせるステップであって、上流入口は上流入口セクションと流体接続しており、上流入口セクションは円錐台状入口セクションを含み、円錐台状入口セクションは、前記気液二相混合物が細まり管／広がり管管状セクションへ向かって通過するための内側管状配管セクションと流体接続しており、細まり管／広がり管管状セクションは、開口セクション及び細まり管セクションを有し、細まり管セクションは、炭化水素供給材混合物を混合するためのものであって、スロートセクションに流体接続しており、気液二相混合物が、スロートセクションから広がり管セクションを通って吐出され、広がり管セクションは、下流出口を有する出口セクションと流体接続しており、前記上流入口セクション、細まり管／広がり管管状セクション、及び細長いシェルは、共通の長手方向軸線に関して同軸に位置付けられており、前記装置内において、板材が、細長いシェルの上流領域に位置し、細長いシェルの内側壁と一体になっており、前記内側管状配管セクションが、前記板材を通過し、前記板材と一体になっており、板材及び細まり管／広がり管管状セクションが、細長いシェルの内側壁と細まり管／広がり管管状セクションの外側壁との間の外側環状領域を画定しており、上流入口セクションの内側管状配管セクション、及び細まり管／広がり管管状セクションの開口セクションが、内側環状領域を画定しており、細長いシェルの蒸気入口からの蒸気が、気液二相混合物の流れに対して実質的に対向流の方向に、前記蒸気が前記内側環状領域に進入するまで前記外側環状領域を通過し、蒸気は、下流出口から出る前に、前記細まり管／広がり管管状セクションの前記細まり管セクション内の気化区域において気液二相混合物と混合される、ステップと、
ｉｉｉ）実質的に完全に気化させられた炭化水素の流れ、又は完全に気化させられた炭化水素の流れを提供するために、気液二相混合物及び蒸気をさらに加熱し、分解された炭化水素生成物を得るために、炉の放射セクションにおいて、前記気化させられた炭化水素の流れの中の炭化水素を分解するステップとを含む。

さらに別の実施形態では、本発明の目的は、蒸気との効率的な混合を促進し、重質炭化水素原料の気化を少なくとも実質的に完全に促進し、又は完全に促進し、コークス化又は汚染に起因する問題を軽減又は最小化する、簡単で、コンパクトで、経済的な装置を提供することである。本発明のいくつかの実施形態では、コークス化問題は、従来の熱分解炉の放射加熱セクションにおける分解の前に、重質炭化水素原料を蒸気の存在下で少なくとも実質的に完全に気化させることによって、実質的に改善される。実質的に完全な気化は、効率的な気化を促進し、必要な長さを低減又は最小化し、資本コスト及び運転コストの両方を低減する、独特の設計の装置によって実現される。

蒸気との炭化水素供給材混合物の少なくとも実質的に完全な気化、又は完全な気化は、内側セクション、細まり管／広がり管管状セクション、細長いシェル、及び出口セクションの構造及び配置によって達成される。発明者らは、いかなる理論にも束縛されることを望まないが、上流入口セクションと細まり管／広がり管管状セクションの開口との間の相対的に狭い内側環状領域が、過熱された希釈水蒸気の進入速度を増加させるということが考えられる。このことによって、蒸気に追加的な運動量及び運動エネルギーが与えられ、気化が最大にされる。さらなる別の利点は、細まり管／広がり管管状セクションの細まり管部分内の流れが細くなることから生じる。これが、気化区域において包囲（ｓｈｒｏｕｄｉｎｇ）流れが中心流れと直接衝突することを引き起こし、混合物の速度をかなり増加させる。これが、乱流及び高度のせん断を引き起こし、それにより、蒸気及び炭化水素供給材の混合が改善される。

重質供給材混合器の概略断面図であり、上流入口セクション、細まり管／広がり管管状セクション、細長いシェル、及び出口セクションの全体形状及び配置を示す図である。 上流入口セクション、細まり管／広がり管管状セクション、細長いシェル、及び出口セクションの寸法の名称を特定して、重質供給材混合器を示す図である。 重質供給材混合器の概略断面図であり、標準的な運転状態の間の炭化水素供給材及び蒸気の流れを示す図である。 外側環状領域を備えていない、重質供給材混合器の第２の実施形態の概略断面図である。

本発明の上述及び他の目的は、下記の説明及び例示的な実施形態からより明らかになるであろう。実施形態は、添付の図面を参照してより詳細に説明される。それぞれの図の同じ要素は、同様の参照番号によって示されており、したがって、簡潔にするために、それについて、その後に続く発明の詳細な説明は省略される。

一つの実施形態では、本発明は、図１に示されるような改善された重質供給材混合器（１）に関する。重質供給材混合器（１）は、炉の対流セクションの中または炉の外部に位置しており、従来の熱分解炉の対流セクションと流体接続しており、炭化水素原料及び希釈水蒸気からなる混合された気液二相混合物を受け入れるように設計されている可能性がある。混合物が重質供給混合器（１）を通過した後、実質的に十分／完全に気化させられた炭化水素原料の流れが出力され、熱分解による分解のための放射加熱セクションへ供給される。

従来技術の混合器と比較すると、重質供給材混合器（１）は、重質炭化水素原料の完全な気化に必要な混合器全長をかなり短くする。このことは、図１に示されるように、主に、重質供給材混合器（１）の中にセクション（３ａ〜３ｄ）を含む独特な細まり管／広がり管管状セクション（３）によって達成される。図１〜図３の新規な重質供給材混合器（１）を説明するのに際し、上流側は左側に示され、下流側が右側に示されている。この点に関して、例えば、図１の炭化水素原料の流れは、左から右である。重質供給材混合器（１）自体は、長手方向軸線が一致する同軸の管状セクション、すなわち、上流入口セクション（２）、細まり管／広がり管管状セクション（３）、細長いシェル（４）によって構成されている。細長いシェル（４）は、上流入口（９）、出口セクション（１３）、及び下流出口（１０）を含む。それぞれの管状セクションの直径は、上流入口セクション（２）の下流部分（すなわち、（２ｂ））の直径が、細まり管／広がり管管状セクション（３）の最小直径よりも小さくなり、細長いシェル（４）の直径が、細まり管／広がり管管状セクション（３）の最大直径よりも大きくなるようになっている。重質供給材混合器（１）、及びそれを構成するセクション（２〜４）は、この明細書を通して、円形断面を有する実質的な管状配管として説明されるが、配管の形状及び断面は、そのように限定されないということを理解されたい。例えば、楕円、正方形、長方形、又は六角形の断面を含む、当分野で周知の他の形状が使用され得る。

管状セクションは、厳しい化学的環境と極度の圧力及び温度とに耐えながら炭化水素原料及び蒸気を輸送することができる任意の材料から構成されることが可能である。例としては、炭素含有鋼、クロム及びモリブデンを含有する低合金鋼、又はステンレス鋼が含まれる。より高い運転温度、及び／又はより腐食性の環境には、ニッケル合金、チタン合金、及び銅合金などのより高価な材料が必要となる可能性がある。しかし、構成材料が本発明にとって重要であるのではなく、特許請求の範囲を限定するように解釈されるべきではない。

上流入口（９）、出口セクション（１３）、及び下流出口（１０）を含む細長いシェル（４）は、実質的に真っ直ぐになっており、広がり管セクション（３ｄ）が出口セクション（１３）の入口と一体化されている。細長いシェル（４）の上流端は、炭化水素供給材及び希釈水蒸気の混合物を導入するための上流入口（９）を含む。一方、出口セクション（１３）の下流端は、気化させられた炭化水素原料を、その装置から過熱及び分解のための炉へ向かわせる下流出口（１０）を含む。細長いシェル（４）及び出口セクション（１３）は、それぞれ、実質的に完全に気化させられた重質炭化水素原料を提供するのに十分な長さｌ_４ｏ及びｌ_１３ｏである。細長いシェル（４）は、その外周に沿って、少なくとも１つの蒸気入口（６）をさらに備えている。蒸気入口（６）は上流入口（９）の下流に位置付けられており、細まり管／広がり管管状セクション（３）と細長いシェル（４）との間の外側環状領域（１１）を画定する領域内に位置している。蒸気入口（６）は、過熱された希釈水蒸気を外側環状領域（１１）へ供給する。

上流入口セクション（２）は、ｌ_２ｉの内部長さを有し、円錐台状の形状をした入口セクション（２ａ）は、炭化水素供給材の気液二相混合物及び希釈水蒸気を受け入れるために上流入口（９）と流体接続している。円錐台状入口セクション（２ａ）は、上流入口（９）から内側管状配管セクション（２ｂ）へ延在しており、それは、上流入口セクション（２）の内側管状配管セクション（２ｂ）と流体接続するようになっている。内側管状配管セクション（２ｂ）は、円錐台状の形状をした入口セクション（２ａ）から延在し、重質供給材混合器（１）の細長いシェル（４）の内部表面と一体になった板材（８）を通過する。板材（８）は、細長いシェル（４）と内側管状配管セクション（２ｂ）との間に形成された外側環状領域（１１）の上流端を限定するように、円錐台状の形状をした入口セクション（２ａ）と細まり管／広がり管管状セクション（３）の上流端との間に位置している。

細まり管／広がり管管状セクション（３）は、上流入口セクション（２）と細長いシェル（４）の出口セクション（１３）との間に位置しており、その長手方向の長さに沿って変化する直径を有する。細まり管／広がり管管状セクション（３）は、４つの別個の小セクションからなる。それは、長さがｌ_３ａであり、直径ｄ_３ａは、細長いシェル（４）の直径ｄ_４ｏよりも小さいが、内側管状配管セクション（２ｂ）の直径ｄ_２ｉよりも大きい、真っ直ぐなセクションである開口セクション（３ａ）；長さｌ_３ｂにわたり細まり角度θ_３ｂで細まり管／広がり管管状セクション（３）の直径を徐々に減少させることによって、細まり管／広がり管管状セクション（３）が細くなることを提供する細まり管セクション（３ｂ）；短くて真っ直ぐな長さｌ_３ｃ及び一定の直径ｄ_３ｃを有するスロートセクション（３ｃ）（細まり管セクション（３ｂ）は、開口セクション（３ａ）とスロートセクション（３ｃ）とを接続する）；及び、長さｌ_３ｄにわたり広がり角度θ_３ｄでスロートセクション（３ｃ）の直径ｄ_３ｃから細長いシェル（４）の直径ｄ_４ｏへ徐々に増加する直径を有する広がり管のセクションを提供する広がり管セクション（３ｄ）である。スロートセクション（３ｃ）の直径ｄ_３ｃは、細まり管セクション（３ｂ）の下流出口の直径と同一である。広がり管セクション（３ｄ）の下流端は、細長いシェル（４）の内部表面と一体になっており、気密シールを形成する。開口セクション、細まり管セクション、スロートセクション、及び広がり管セクション、すなわち３ａ〜ｄの組合せが、細まり管／広がり管管状セクション（３）を形成する。細まり管／広がり管管状セクション（３）、板材（８）、及び細長いシェル（４）が、外側環状領域（１１）の形成を提供する。外側環状領域（１１）は、過熱蒸気が蒸気入口（６）を介して重質供給材混合器へ導入されるのを促進する。

上流入口セクション（２）の目的は、二相混合物を気化区域（１２）へ供給することである。気化区域（１２）は、細まり管／広がり管管状セクション（３）の細まり管セクション（３ｂ）によって形成される。細長いシェル（４）は、長さｌ_４ｏ及び直径ｄ_４ｏの真っ直ぐな配管であり、過熱された希釈水蒸気を供給するために、その外周に沿って少なくとも１つの蒸気入口（６）を備えることが好ましい。図１〜図３では、蒸気入口（６）が、スロートセクション（３ｃ）の下流部の近くに、広がり管セクション（３ｄ）が細長いシェル（４）と一体になっている位置から距離ｌ_６のところに位置している。このことにより、蒸気入口（６）を通って供給された蒸気によって、細まり管／広がり管管状セクション（３）の全長を対向流方式で加熱することが促進される。蒸気入口（６）は、スロートセクション（３ｃ）が広がり管セクション（３ｄ）と接触する位置の上流にあるように図示及び記述されているが、炭化水素及び希釈水蒸気の混合物の全体通路が加熱されるように、外側環状領域（１１）をさらに下流へ延在させることが可能であり、重質供給材混合器（１）の下流出口のより近くへ蒸気入口（６）を移動させることが可能である。蒸気入口（６）を通って重質供給材混合器（１）へ進入する過熱された希釈水蒸気は、最初に、細長いシェル（４）と細まり管／広がり管管状セクション（３）との間に形成された外側環状領域（１１）を、上流方向、すなわち対向流方向に、炭化水素原料が進入する上流入口（９）へ向かって流れる。それは、図３に示された中抜き矢印で図示されている通りである。

板材（８）と細まり管／広がり管管状セクション（３）の開始位置との間には、長さｌ_ｇの空間又は間隙が備えられている。この空間は、外側環状領域（１１）からの過熱された希釈水蒸気の対向流の流れが、１８０度向きを変え、内側管状配管セクション（２ｂ）と細まり管／広がり管管状セクション（３）の開口セクション（３ａ）との間の内側環状領域（１１ａ）内に下流へ流れる領域を、重質供給材混合器（１）の中に提供する。外側環状領域（１１）からの過熱された希釈水蒸気の対向流の流れが１８０度向きを変え下流へ流れる間隙の長さｌ_ｇ、開口セクション（３ａ）の長さｌ_３ａ、及び上流入口セクション（２）の長さは、開口セクション（３ａ）の端面が、上流入口セクション（２）の出口から下流へ少し離れたところにあるようになっている。間隙の長さｌ_ｇは、内側管状配管セクション（２ｂ）／開口セクション（３ａ）の円環、及び開口セクション（３ａ）／細長いシェル（４）の円環（それぞれ、ｄ_３ａ−ｄ_２ｉ及びｄ_４ｏ−ｄ_３ａによって決定される）と共に、慎重に設計されて寸法付けされ、進入する過熱された希釈水蒸気の速度を決定する。これらの寸法は、以下に説明される例示的な実施形態を参照して、さらに規定される。細まり管／広がり管管状セクション（３）の設計及び配置によって、内側管状配管セクション（２ｂ）の下流端の周囲に、過熱された希釈水蒸気の円環状の高速包囲流れを発生する。重質供給材混合器の設計要素には、内側環状領域（１１ａ）のサイズ及び内側管状配管セクション（２ｂ）の細まり管／広がり管管状セクション（３）に対する位置が含まれる。それぞれの構成部材の位置は、均一な蒸気の流れが開口セクション（３ａ）の上流端及び内側管状配管セクション（２ｂ）の下流端の周囲に発生させられるように選ばれる。

図３の実線矢印で示されているように、炭化水素−蒸気の二相混合物は、上流入口（９）から上流入口セクション（２）へ重質供給材混合器（１）に進入し、上流入口セクション（２）において、その下流端から流出し、気化区域（１２）へ流入する。細まり管／広がり管管状セクション（３）の細まり管セクション（３ｂ）の細くなる特性によって、過熱された希釈水蒸気が、内側管状配管セクション（２ｂ）から出てくる炭化水素−蒸気の二相混合物の中へ案内される。過熱された蒸気（中抜き矢印）が炭化水素の流れ（実線矢印）と衝突することによって、混合が開始され、液体炭化水素成分の気化がさらに開始される。注入半角θ_３ｂは、細まり管セクション（３ｂ）の壁の接線と重質供給材混合器（１）の長手方向軸線との間に形成される角度によって規定される。注入半角θ_３ｂは、しぶきをあげながら混合する程度が最大となり、壁面堆積物の形成が最小化されるように、最適化されることが可能である。注入半角θ_３ｂをより大きくすることによって、２つの混合流れの間の交差点が、内側管状配管セクション（２ｂ）の出口により近づけられる。これによって、混合及び気化の強さが増す。しかし、もし注入半角θ_３ｂが大き過ぎれば、過度のしぶきが生じる。これによって、混合の早い段階で、液滴の配管壁への融合及び堆積が生じる。

２つの流れが気化区域（１２）において交差した後、炭化水素及び希釈水蒸気の混合物は、スロートセクション（３ｃ）を通って流れる。スロートセクション（３ｃ）は、炭化水素及び希釈水蒸気の混合物が最高速度に到達する場所である。結果として、このセクションにおいて、最も強い混合及び気化が起こる。炭化水素−蒸気の混合物の速度増加によって、完全な気化が促進され、液滴の量が最小化される。スロートセクション（３ｃ）を高速で通過した後、混合物は、図３の点付き中抜き矢印で示されているように、広がり管セクション（３ｄ）を通って出る。広がり管セクション（３ｄ）内において、直径は、スロートセクション（３ｃ）の直径から細長いシェル（４）の直径へ広がり角度θ_３ｄで広がる。また、この配管直径の広がりによって、側壁に到達し堆積する液滴の数が低減される。一実施形態において、注入半角θ_３ｂ及び広がり角度θ_３ｄは、それぞれ少なくとも５度である。主に、スロートセクション（３ｃ）から出てくる速度の増加、及び細まり管／広がり管管状セクション（３）によって発生させられた炭化水素−蒸気の混合物の気化の程度の増加の両方によって、側壁の堆積物が全体的に低減される。

細まり管／広がり管管状セクション（３）と細長いシェル（４）との間の統合点（すなわち、広がり管セクション（３ｄ）と細長いシェル（４）との間に形成された接合部）から下流に、重質供給材混合器（１）は、所定の長さ（ｌ_１３ｏ）及び直径（ｄ_１３ｏ）の真っ直ぐなセクションである出口セクション（１３）を有する。長さは、混合物の中に存在する液相の完全な気化を確実にするように寸法付けされる。重質供給材混合器（１）の下流出口（１０）を出た後、蒸気は、放射コイルにおける分解の前の最終加熱のために炉の対流コイルへ向けられる。

重質供給材混合器（１）の全体長さｌ_４ｏは、同じ流量容量を有する従来の重質供給材混合器の全体長さよりもかなり小さい。そのコンパクトな寸法は、細まり管／広がり管管状セクション（３）の独特な設計による。１つの利点は、過熱蒸気の対向流の流れが、細長いシェル（４）と開口セクション（３ａ）との間に形成された外側環状領域（１１）を通ることである。外側環状領域（１１）を通る過熱蒸気の対向流の流れが、１８０度向きを変え、次に、内側管状配管セクション（２ｂ）と開口セクション（３ａ）との間に形成された内側環状領域（１１ａ）を通って下流へ流れ続けて、内側管状配管セクション（２ｂ）の下流端の周囲に、過熱蒸気のより均一な流れ及び分布を生成する。この場合、側面ポートからの蒸気の導入によって作られる流れの偏りを最小化するための長くて真っ直ぐな出口管（すなわち、広がり管セクション（３ｄ）出口から出口セクション（１３）の下流端までの長さ）は必要とされない。当技術分野で周知の典型的な側面ポートが、例えば、米国特許第６，７９７，２３８号、及び第４，４９８，６２９号に記載及び図示されている。別の利点は、内側管状配管セクション（２ｂ）と開口セクション（３ａ）との間の相対的に狭い内側環状領域（１１ａ）によって、過熱された希釈水蒸気の進入速度が増加されるということである。このことによって、蒸気に追加的な運動量及び運動エネルギーが与えられ、二相混合物内の液体炭化水素の気化が最大化される。さらに、別の利点は、細まり管セクション（３ｂ）内の流れが細くなることは、気化区域（１２）において、包囲流れが中心流れと直接衝突することを引き起こし、それにより、混合と気化が強化されるということである。

細まり管／広がり管管状セクション（３）のスロート内のフローパターンの収縮は、スロートセクション（３ｃ）へ向けて細くなることによって生成され、混合物の速度をかなり増加させる。これが、乱流及び高度のせん断を引き起こし、それにより、希釈水蒸気及び炭化水素供給材の混合が改善される。さらに、（上流入口（９）からの炭化水素供給材に対する）過熱蒸気の外側環状領域（１１）への対向流の導入によって、細まり管／広がり管管状セクション（３）の壁が完全に均一に加熱される。細まり管／広がり管管状セクション（３）の熱い壁が、炭化水素の気化に役立ち、液滴の堆積を低減する。

より効率的な重質炭化水素原料の混合及び気化を促進する主な要素は、独特の細まり管／広がり管管状セクション（３）、及び内側管状配管セクション（２ｂ）に対するその配置である。したがって、外側環状領域（１１）が備えられていない実施形態を想定することも可能である。図４に、実施例が提供される。図４は、図１〜図３のものに類似する重質供給材混合器（２０）を示す。この実施形態では、上流方向の環状領域（１１）がない場合において、開口セクション（３ａ）が拡張されて、その上流端が上流入口（９）と一体になっている。したがって、本発明のこの実施形態によれば、細長いシェル（４）は、上流入口（９）、細まり管／広がり管管状セクション（３）、出口セクション（１３）、及び下流出口（１０）からなる。また、（１つまたは複数の）蒸気入口（６）が、開口セクション（３ａ）の外周において気化区域（１２）の上流に位置付けられている。（１つまたは複数の）蒸気入口（６）の正確な位置は重要ではないが、内側管状配管セクション（２ｂ）の下流出口に対して上流に幾らかの距離があることが好ましい。

希釈水蒸気が、蒸気入口（６）を通って重質供給材混合器（２０）へ導入されると、それは、細まり管セクション（３ｂ）に到達するまで内側環状領域（１１ａ）を通って下流へ進む。ここで、蒸気の包囲流れが、気化区域（１２）において、内側管状配管セクション（２ｂ）から出てくる炭化水素−蒸気の混合物に衝突し、図１〜図３を参照して上述された方式と類似の方式で、炭化水素供給材及び蒸気のさらなる混合及び気化を引き起こす。この実施形態では、蒸気入口（６）を通って導入された蒸気は、気化区域に進入する前に１８０度向きを変えない。図１〜図３の重質供給材混合器（１）に関連して前述したように、図４において、内側環状領域（１１ａ）の寸法、及び内側管状配管セクション（２ｂ）の気化区域に対する近さは、包囲蒸気及び／又は炭化水素−蒸気の流れの圧力に重大な変化を引き起こすことなく包囲希釈水蒸気の均一な流れを生成するために当業者が設定することができるパラメータである。

従来の重質液体供給材の分解炉は、放射加熱セクションにおける分解の前に炭化水素供給材の完全な気化を必要とする。従来の重質供給材混合器と比較して、この現時点で新規な設計は、極めて簡単で小さい。このことによって、標準的な熱分解炉の密集した対流セクションに重質供給材混合器を適合させることがかなり容易になる。さらに、最小限の量の配管及び支持構造体が必要とされ、それにより、初期の資本投資が低減される。より簡単でコンパクトになるということに加えて、この明細書で開示された重質供給材混合器は、重質炭化水素原料を高効率で気化させることが可能である。このことによって、対流コイルにおけるコークス形成のリスクがかなり低減され、それは、運転コスト全体のさらなる低減につながる。

図１〜図３を参照して図示及び記載された重質供給材混合器（１）は、重質炭化水素原料及び希釈水蒸気の予熱された気液二相混合物を完全に気化させるように設計される。一般に、適切な運転のためには、重質供給材混合器（１）への取り込み物は、所定量の希釈水蒸気で希釈され、所定温度に加熱されるべきであり、その両者は、使用される炭化水素のタイプに依存する。さらに、重質供給材混合器（１）がその意図する目的に従って機能することできるパラメータの範囲は、上流入口セクション（２）、細まり管／広がり管管状セクション（３）、細長いシェル（４）、及び出口セクション（１３）の寸法及び配置に依存する。また、重質供給材混合器（１）のそれぞれの構成部材の正確な寸法は、使用される炭化水素供給材のタイプに依存する。重質供給材混合器（１）に使用される特定の寸法にかかわらず、内側環状領域（１１ａ）のサイズは、内側管状配管セクション（２ｂ）の下流端の周囲に、より均一な流れ及び分布を生成するようになっているべきである。

この明細書で記載される重質供給材混合器（１）の例示的な実施形態は、２００℃を超える初留点を有する重質原料を気化させることができる。そのような炭化水素原料の例には、減圧軽油（ＶＧＯ）、重質軽油、原油、脱アスファルト油、タールサンド及びオイルシェールから得られる油、ガス液化重質留分、重質コンデンセート、及び水素化分解残油が含まれるが、それらに限定されない。一般に、重質供給材混合器（１）は、従来の混合器よりもかなり短い長さスケールである、５メートル（ｍ）の全長ｌ_４ｏを有する。

特定の用途には、ＶＧＯの気化が含まれる。典型的なＶＧＯ原料は、比重が０．８６９であり、初留点が３１８℃である。この特定の例において、ＶＧＯに対する希釈水蒸気全体の比率は、重量比で１：１であるが、それに限定されない。ＶＧＯに対する希釈水蒸気の比率は、約０．５から約１．０、及び約１．１から約１の範囲に及ぶことが可能である。しかし、追加の範囲、及び明示された範囲の中の部分的な範囲も考えられ、本開示の中に包含されるということを、当業者は認識するであろう。さらに、これらの比率及び後述される次のプロセスパラメータは、ＶＧＯに限定されず、他のタイプの重質炭化水素原料にも適用することが可能であるということを理解されたい。使用される希釈水蒸気全体の約２０パーセントが、最初に、炭化水素予熱コイルの出口においてＶＧＯと混合される。このＶＧＯ及び希釈水蒸気の混合物は加熱され、ＶＧＯは、第１の炭化水素及び蒸気加熱コイルにおいて部分的に気化させられる。次に、この気液二相混合物は、本発明の重質供給材混合器（１）に供給される。二相混合物は、内側管状配管セクション（２ｂ）を通って混合器（１）へ進入し、過熱された希釈水蒸気は、蒸気入口（６）を通って混合器（１）の中に供給される。蒸気は、熱分解炉の希釈水蒸気対流コイルから供給され、使用される希釈水蒸気全体の８０パーセントに達する。重質供給材混合器（１）から出力された流れ（１０）は、本質的に１００パーセントの気化させられたＶＧＯ原料及び希釈水蒸気からなる混合物である。完全に気化させられたＶＧＯの流れ及び希釈水蒸気は、下部対流セクションへ戻され、引き続いて、熱分解が実施される放射加熱セクションへ供給される。これによって、エチレン及びプロピレンなどの有益なオレフィンが生成される。

本発明は、特に上記に示して記載されたものに限定されないということは、当業者によって認識されるであろう。むしろ、本発明の範囲は、次に続く特許請求の範囲によって規定される。上記記載は、単に実施形態の例示的な代表例であるということが、さらに理解されるべきである。読者の便宜のために、上記記載は、可能な実施形態の代表サンプル、本発明の原理を教示するサンプルに焦点を当てている。他の実施形態は、異なる実施形態の部分の異なる組合せから生じることが可能である。

本記載は、可能性のある全ての変形例を徹底的に列挙しようとしたものではない。別の実施形態は、本発明の特定の部分について示されていない可能性があり、記載された部分の異なる組合せから生じる可能性があり、又は、記載されていない他の別の実施形態が部分に利用される可能性があり、それらの別の実施形態が放棄されると考えられるべきではない。これらの多くの記載されていない実施形態が、次に続く特許請求の範囲の文言上の範囲内にあり、他のものも同等であるということが認識されるであろう。さらに、この明細書を通じて引用された全ての参照文献、出版物、米国特許、及び米国特許公開は、この明細書に完全に記述されているかのように参照することにより本明細書に組み込まれる。
（付記１）
蒸気との炭化水素供給材混合物を気化させる装置において、下流出口、出口セクション、細まり管／広がり管管状セクション、上流入口セクション、及び上流入口を含む、外側の相対的に細長いシェルを含み、
（ａ）前記上流入口セクションは、
（ｉ）前記上流入口から受け入れた炭化水素原料及び希釈水蒸気の混合物を内側管状配管セクションへ向かわせる円錐台状入口セクション、及び
（ｉｉ）前記炭化水素原料及び希釈水蒸気の混合物が、前記円錐台状入口セクションから、前記円錐台状入口セクションを前記細まり管／広がり管管状セクションから分離する板材を通過するための前記内側管状配管セクションであって、前記上流入口及び前記上流入口セクションは、前記装置の上流端に位置する、前記内側管状配管セクションを流体接続して含み、
（ｂ）前記細まり管／広がり管管状セクションは、
（ｉ）開口セクションと、細まり管セクションと、スロートセクションと、広がり管セクションであって、前記広がり管セクションの壁が、前記細長いシェルに接続するために延在している、広がり管セクション、及び
（ｉｉ）蒸気を、前記細長いシェルに沿って配置された開口から、上流端の前記板材、前記細長いシェル、及び下流端の前記広がり管セクションによって画定された外側環状領域へ受け入れるための少なくとも１つの蒸気入口を含み、
（ｉｉｉ）前記開口セクションは、前記内側管状配管セクションの周囲に、前記外側環状領域からの蒸気及び前記内側管状配管セクションからの前記炭化水素原料及び希釈水蒸気の混合物を受け入れるための内側環状領域を形成し、前記混合物を前記細まり管セクションへ吐出し、
（ｉｖ）前記スロートセクションは、前記細まり管セクションからの流出物を受け入れ、
（ｖ）前記広がり管セクションは、前記スロートセクションからの前記流出物を受け入れており、
（ｃ）前記出口セクションは、前記細まり管／広がり管管状セクションの前記広がり管セクションと流体接続しており、前記出口セクションは、前記装置の下流端において前記下流出口と流体接続する、装置。
（付記２）
前記蒸気入口は、前記板材と前記広がり管セクションの下流端との間の前記細まり管／広がり管管状セクションの長さに沿って位置する、付記１に記載の装置。
（付記３）
前記細まり管セクションの表面の接線は、前記装置の長手方向軸線に対して少なくとも５度の角度を形成する、付記１に記載の装置。
（付記４）
前記広がり管セクションの表面の接線は、前記装置の長手方向軸線に対して少なくとも５度の角度を形成する、付記１に記載の装置。
（付記５）
前記板材は、前記内側管状配管セクションの外側表面、及び前記細長いシェルの内側表面と一体になっている、付記１に記載の装置。
（付記６）
前記板材は、前記円錐台状入口セクションと、前記細まり管／広がり管管状セクションの前記開口セクションの上流端との間に位置する、付記５に記載の装置。
（付記７）
前記内側管状配管セクションの直径は、前記細長いシェルの直径及び前記細まり管／広がり管管状セクションの最小直径よりも小さい、付記１に記載の装置。
（付記８）
前記開口セクションの直径は、前記スロートセクションの直径よりも大きいが、前記細長いシェルの直径よりも小さい、付記１に記載の装置。
（付記９）
前記内側管状配管セクションの直径は、前記開口セクションの直径よりも小さい、付記１に記載の装置。
（付記１０）
重質炭化水素原料を気化させる方法において、
ｉ）炭化水素供給材を部分的に気化させて気液二相混合物を形成するために、予熱された炭化水素供給材を希釈水蒸気と混合するステップと、
ｉｉ）前記気液二相混合物を上流入口へ向かわせるステップであって、前記上流入口は上流入口セクションと流体接続しており、前記上流入口セクションは円錐台状入口セクションを含み、前記円錐台状入口セクションは、前記気液二相混合物が細まり管／広がり管管状セクションへ向かって通過するための内側管状配管セクションと流体接続しており、前記細まり管／広がり管管状セクションは、開口セクション及び細まり管セクションを有し、前記細まり管セクションは、炭化水素供給材混合物を混合するためのものであって、スロートセクションに流体接続しており、前記気液二相混合物が、前記スロートセクションから広がり管セクションを通って吐出され、前記広がり管セクションは、下流出口を有する出口セクションと流体接続しており、前記上流入口セクション、細まり管／広がり管管状セクション、及び細長いシェルは、共通の長手方向軸線に関して同軸に位置付けられており、前記装置内において、板材が、前記細長いシェルの上流領域に位置し、前記細長いシェルの内側壁と一体になっており、前記内側管状配管セクションが、前記板材を通過し、前記板材と一体になっており、前記板材及び前記細まり管／広がり管管状セクションが、前記細長いシェルの内側壁と前記細まり管／広がり管管状セクションの外側壁との間の外側環状領域を画定しており、前記上流入口セクションの内側管状配管セクション、及び前記細まり管／広がり管管状セクションの前記開口セクションが、内側環状領域を画定しており、前記細長いシェルの蒸気入口からの蒸気が、前記気液二相混合物の流れに対して実質的に対向流の方向に、前記蒸気が前記内側環状領域に進入するまで前記外側環状領域を通過し、前記蒸気は、下流出口から出る前に、前記細まり管／広がり管管状セクションの前記細まり管セクション内の気化区域において前記気液二相混合物と混合される、ステップと、
ｉｉｉ）実質的に完全に気化させられた炭化水素蒸気を提供するために、前記気液二相混合物及び蒸気をさらに加熱し、分解された炭化水素生成物を得るために、炉の放射セクションにおいて、前記気化させられた炭化水素の流れの中の炭化水素を分解するステップとを含む方法。
（付記１１）
前記重質炭化水素供給材は、減圧軽油、重質軽油、原油、脱アスファルト油、タールサンド及びオイルシェールから得られる油、ガス液化重質留分、重質コンデンセート、及び水素化分解残油のうちの少なくとも１つを含む、付記１０に記載の方法。
（付記１２）
前記第１の混合段階（ｉ）で使用される前記希釈水蒸気は、使用される蒸気の全体量の約５パーセントから２０パーセントである、付記１０に記載の方法。
（付記１３）
前記内側環状領域に進入する蒸気は、少なくとも１つの蒸気入口を通って前記装置へ導入される過熱蒸気である、付記１０に記載の方法。
（付記１４）
重質炭化水素原料に対する希釈水蒸気の全体量の比率は、約０．５：１から約１．１：１の範囲である、付記１０に記載の方法。
（付記１５）
炭化水素原料を気化させる装置において、
内側管状配管セクションと、
細長いシェルと、
前記細長いシェルの内側壁及び前記内側管状配管セクションの外側壁と一体になっている板材と、
出口セクションと、
前記細長いシェルに取り囲まれた細まり管／広がり管管状セクションであって、
ｉ）開口セクション、
ｉｉ）前記開口セクションの直径から徐々に直径が減少する細まり管セクション、
ｉｉｉ）スロートセクション、及び
ｉｖ）前記スロートセクションの直径から前記細長いシェルの直径へ徐々に直径が増加する広がり管セクションであって、前記出口セクションと流体接続している、広がり管セクションを含む、細まり管／広がり管管状セクションとを備え、
前記内側管状配管セクション、細まり管／広がり管管状セクション、細長いシェル、及び出口セクションが、共通の長手方向軸線に関して同軸に位置付けられており、
前記内側管状配管セクションが前記板材の中心領域を通過し、前記内側管状配管セクションの下流端の少なくとも一部分が、前記細まり管／広がり管管状セクションの前記開口セクションの上流端によって取り囲まれており、
前記広がり管セクションの下流端は、前記出口セクションと一体になっている、装置。
（付記１６）
炭化水素原料を気化させる装置において、
円錐台状入口セクション及び内側管状配管セクションを含む上流入口セクションと流体接続する上流入口と、下流出口と流体接続する出口セクションと、前記円錐台状入口セクションと一体になった上流端を有する細まり管／広がり管管状セクションであって、
ｉ）開口セクション、
ｉｉ）前記開口セクションの直径から徐々に直径が減少する細まり管セクション、
ｉｉｉ）一定の直径を有するスロートセクション、及び
ｉｖ）前記スロートセクションの直径から前記出口セクションの直径へ徐々に直径が増加する広がり管セクションであって、前記出口セクションと流体接続している、広がり管セクションを含む、細まり管／広がり管管状セクションとを備え、
前記上流入口セクション、及び前記細まり管／広がり管管状セクションの前記開口セクションが、共通の長手方向軸線に関して同軸に位置付けられており、
前記内側管状配管セクションの下流端の少なくとも一部分が、前記細まり管／広がり管管状セクションの前記開口セクションの上流端によって取り囲まれており、
前記広がり管セクションの下流端は、前記出口セクションと一体になっている、装置。
（付記１７）
少なくとも１つの蒸気入口が、前記細まり管セクションの上流において、前記細まり管／広がり管管状セクションの前記開口セクションの長さに沿って位置する、付記１６に記載の装置。
（付記１８）
前記細まり管セクションの表面の接線は、前記装置の長手方向軸線に対して少なくとも５度の角度を形成する、付記１６に記載の装置。
（付記１９）
前記広がり管セクションの表面の接線は、前記装置の長手方向軸線に対して少なくとも５度の角度を形成する、付記１６に記載の装置。
（付記２０）
前記内側管状配管セクションの直径は、前記細まり管／広がり管管状セクションの最小直径の直径よりも小さい、付記１６に記載の装置。
（付記２１）
前記内側管状配管セクションの直径は、前記開口セクションの直径よりも小さい、付記１６に記載の装置。

Claims (15)

1. 蒸気との炭化水素供給材混合物を気化させる装置において、下流出口、出口セクション、細まり管／広がり管管状セクション、上流入口セクション、及び上流入口を含む、外側の相対的に細長いシェルを含み、
   （ａ）前記上流入口セクションは、
   （ｉ）前記上流入口から受け入れた炭化水素原料及び希釈水蒸気の混合物を内側管状配管セクションへ向かわせる円錐台状入口セクション、及び
   （ｉｉ）前記炭化水素原料及び希釈水蒸気の混合物が、前記円錐台状入口セクションから、前記円錐台状入口セクションを前記細まり管／広がり管管状セクションから分離する板材を通過するための前記内側管状配管セクションであって、前記上流入口及び前記上流入口セクションは、前記装置の上流端に位置する、前記内側管状配管セクションを流体接続して含み、
   （ｂ）前記細まり管／広がり管管状セクションは、
   （ｉ）開口セクションと、細まり管セクションと、スロートセクションと、広がり管セクションであって、前記広がり管セクションの壁が、前記細長いシェルに接続するために延在している、広がり管セクション、及び
   （ｉｉ）蒸気を、前記細長いシェルに沿って配置された開口から、上流端の前記板材、前記細長いシェル、及び下流端の前記広がり管セクションによって画定された外側環状領域へ受け入れるための少なくとも１つの蒸気入口を含み、
   （ｉｉｉ）前記開口セクションは、前記内側管状配管セクションの周囲に、前記外側環状領域からの蒸気及び前記内側管状配管セクションからの前記炭化水素原料及び希釈水蒸気の混合物を受け入れるための内側環状領域を形成し、前記混合物を前記細まり管セクションへ吐出し、
   （ｉｖ）前記スロートセクションは、前記細まり管セクションからの流出物を受け入れ、
   （ｖ）前記広がり管セクションは、前記スロートセクションからの前記流出物を受け入れており、
   （ｃ）前記出口セクションは、前記細まり管／広がり管管状セクションの前記広がり管セクションと流体接続しており、前記出口セクションは、前記装置の下流端において前記下流出口と流体接続する、装置。
2. 前記蒸気入口は、前記板材と前記広がり管セクションの下流端との間の前記細まり管／広がり管管状セクションの長さに沿って位置する、請求項１に記載の装置。
3. 前記細まり管セクションの表面の接線は、前記装置の長手方向軸線に対して少なくとも５度の角度を形成する、請求項１に記載の装置。
4. 前記広がり管セクションの表面の接線は、前記装置の長手方向軸線に対して少なくとも５度の角度を形成する、請求項１に記載の装置。
5. 前記板材は、前記内側管状配管セクションの外側表面、及び前記細長いシェルの内側表面と一体になっている、請求項１に記載の装置。
6. 前記板材は、前記円錐台状入口セクションと、前記細まり管／広がり管管状セクションの前記開口セクションの上流端との間に位置する、請求項５に記載の装置。
7. 前記内側管状配管セクションの直径は、前記細長いシェルの直径及び前記細まり管／広がり管管状セクションの最小直径よりも小さい、請求項１に記載の装置。
8. 前記開口セクションの直径は、前記スロートセクションの直径よりも大きいが、前記細長いシェルの直径よりも小さい、請求項１に記載の装置。
9. 前記内側管状配管セクションの直径は、前記開口セクションの直径よりも小さい、請求項１に記載の装置。
10. 重質炭化水素原料を気化させる方法において、
    ｉ）炭化水素供給材を部分的に気化させて気液二相混合物を形成するために、予熱された炭化水素供給材を希釈水蒸気と混合するステップと、
    ｉｉ）前記気液二相混合物を上流入口へ向かわせるステップであって、前記上流入口は上流入口セクションと流体接続しており、前記上流入口セクションは円錐台状入口セクションを含み、前記円錐台状入口セクションは、前記気液二相混合物が細まり管／広がり管管状セクションへ向かって通過するための内側管状配管セクションと流体接続しており、前記細まり管／広がり管管状セクションは、開口セクション及び細まり管セクションを有し、前記細まり管セクションは、炭化水素供給材混合物を混合するためのものであって、スロートセクションに流体接続しており、前記気液二相混合物が、前記スロートセクションから広がり管セクションを通って吐出され、前記広がり管セクションは、下流出口を有する出口セクションと流体接続しており、前記上流入口セクション、細まり管／広がり管管状セクション、及び細長いシェルは、共通の長手方向軸線に関して同軸に位置付けられており、前記装置内において、板材が、前記細長いシェルの上流領域に位置し、前記細長いシェルの内側壁と一体になっており、前記内側管状配管セクションが、前記板材を通過し、前記板材と一体になっており、前記板材及び前記細まり管／広がり管管状セクションが、前記細長いシェルの内側壁と前記細まり管／広がり管管状セクションの外側壁との間の外側環状領域を画定しており、前記上流入口セクションの内側管状配管セクション、及び前記細まり管／広がり管管状セクションの前記開口セクションが、内側環状領域を画定しており、前記細長いシェルの蒸気入口からの蒸気が、前記気液二相混合物の流れに対して実質的に対向流の方向に、前記蒸気が前記内側環状領域に進入するまで前記外側環状領域を通過し、前記蒸気は、下流出口から出る前に、前記細まり管／広がり管管状セクションの前記細まり管セクション内の気化区域において前記気液二相混合物と混合される、ステップと、
    ｉｉｉ）実質的に完全に気化させられた炭化水素蒸気を提供するために、前記気液二相混合物及び蒸気をさらに加熱し、分解された炭化水素生成物を得るために、炉の放射セクションにおいて、前記気化させられた炭化水素の流れの中の炭化水素を分解するステップとを含む方法。
11. 前記重質炭化水素供給材は、減圧軽油、重質軽油、原油、脱アスファルト油、タールサンド及びオイルシェールから得られる油、ガス液化重質留分、重質コンデンセート、及び水素化分解残油のうちの少なくとも１つを含む、請求項１０に記載の方法。
12. 前記第１の混合段階（ｉ）で使用される前記希釈水蒸気は、使用される蒸気の全体量の約５パーセントから２０パーセントである、請求項１０に記載の方法。
13. 前記内側環状領域に進入する蒸気は、少なくとも１つの蒸気入口を通って前記装置へ導入される過熱蒸気である、請求項１０に記載の方法。
14. 重質炭化水素原料に対する希釈水蒸気の全体量の比率は、約０．５：１から約１．１：１の範囲である、請求項１０に記載の方法。
15. 炭化水素原料を蒸気と共に気化させる装置において、
    内側管状配管セクションと、
    細長いシェルであって、蒸気を前記細長いシェルに沿って配置された開口から受け入れるための少なくとも１つの蒸気入口を含む、細長いシェルと、
    前記細長いシェルの内側壁及び前記内側管状配管セクションの外側壁と一体になっている板材と、
    出口セクションと、
    前記細長いシェルに取り囲まれた細まり管／広がり管管状セクションであって、
    ｉ）開口セクション、
    ｉｉ）前記開口セクションの直径から徐々に直径が減少する細まり管セクション、
    ｉｉｉ）スロートセクション、及び
    ｉｖ）前記スロートセクションの直径から前記細長いシェルの直径へ徐々に直径が増加する広がり管セクションであって、前記出口セクションと流体接続している、広がり管セクションを含む、細まり管／広がり管管状セクションとを備え、
    前記内側管状配管セクション、細まり管／広がり管管状セクション、細長いシェル、及び出口セクションが、共通の長手方向軸線に関して同軸に位置付けられており、
    前記内側管状配管セクションが前記板材の中心領域を通過し、前記内側管状配管セクションの下流端の少なくとも一部分が、前記細まり管／広がり管管状セクションの前記開口セクションの上流端によって取り囲まれており、
    前記蒸気入口が、前記板材と前記広がり管セクションの下流端との間の前記細まり管／広がり管管状セクションの長さに沿って位置し、
    前記広がり管セクションの下流端は、前記出口セクションと一体になっている、装置。

Images