JPH0978073A - 流動接触分解用高効率ノズル - Google Patents

流動接触分解用高効率ノズル

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JPH0978073A
JPH0978073A JP35067695A JP35067695A JPH0978073A JP H0978073 A JPH0978073 A JP H0978073A JP 35067695 A JP35067695 A JP 35067695A JP 35067695 A JP35067695 A JP 35067695A JP H0978073 A JPH0978073 A JP H0978073A
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Abstract

(57)【要約】 流動接触分解において、高い効率は、後者がノズルから
噴霧されるので、液体炭化水素燃料の微細な霧化をもた
らすように二つの横に長い排出オリフィスを有した噴霧
ノズルにより生み出される。これらのオリフィスは、好
ましくは、集束スプレーを作るような傾向を持っている
と良いが、拡散スプレー又はほぼ平坦なスプレーを作る
ような傾向を持っていてもよい。圧縮空気霧化ヘッドの
他の形状が、開示されている。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の背景】本発明は、一般的には、霧化及び噴霧装
置に関し、特に、流動接触分解ライザ反応器に液体燃料
を噴霧するための装置に関する。
【０００２】この一般的なタイプの装置は、参照するこ
とにより開示内容がここに取り入れられるＤｏｕ等の米
国特許５，３０６，４１８において、詳細に示され、説
明されている。一般に、液体炭化水素燃料は、蒸気のよ
うなガスにより霧化され、ノズルを通して反応器内に排
出される。Ｄｏｕ等の特許の装置において、好適な排出
ノズルは、一般的な半球状の排出端を有している。この
排出端は、平坦な扇形のスプレーを作り出すのに適した
単一の細長いスロット状の出口穴を備えて形成されてい
る。
【０００３】霧化及び噴霧装置における目的は、高い効
率を達成することである。本装置に関する高効率は、与
えられた量の炭化水素燃料を破砕して全表面積の大きな
粒子にするために、できるだけ少ない蒸気エネルギーを
使うこと、に帰している。大きな表面積は、もちろん、
液体を極めて細かい粒子に破砕することにより生成され
る。これまでは、液体炭化水素流を１５０ｐｓｉから２
００ｐｓｉのオーダーのような比較的高い圧力の下でノ
ズル装置に導くことが必要とされていた。これは、時
に、精製装置が、必要な液体流の圧入を達成するため
に、ブースターポンプとその関連装置を用いることを要
求してきたが、これには、費用が掛かることがあり、ま
た、噴霧システムの複雑さが増すこともある。
【０００４】
【発明の概要】本発明の全般的な目的は、液体炭化水素
の流動接触分解用の、比較的高効率の新規で改良された
ノズルを提供することである。
【０００５】本発明のより詳細な目的は、液体がノズル
から排出されるときに液体を霧化してより細かな粒子に
する複数のスロット状出口を備えたノズルを提供するこ
とにより、上記を達成することである。
【０００６】さらなる目的は、液体粒子の次なる排出霧
化に自ら影響を与える収束スプレーを作り出すように、
これらのスロット状出口を、互いに関連づけて傾けるこ
とである。
【０００７】もう一つの目的は、これまで可能であった
ものよりも実質的に低い液体供給圧力下で高効率の霧化
及び噴霧を可能にするような改良液体前置霧化手段を備
えた流動接触分解ノズル装置を提供することである。
【０００８】これら及びこれら以外の目的と本発明の利
点は、添付図面と関連づけてなされる以下の詳細な説明
から、更に明らかになるであろう。
【０００９】
【好適な実施形態の詳細な説明】図解のために、本発明
は、図面において、液体を霧化及び噴霧するための装置
１０に含まれるようにして示されている。この装置は、
ＦＣＣライザ反応器へ注入される液体炭化水素燃料を霧
化するための流動接触分解プロセスに利用するのに特に
有用である。前述のＤｏｕ等の特許は、ＦＣＣライザ反
応器における、本装置と同じ一般的なタイプの装置の利
用の詳細な開示を含んでいる。
【００１０】一般に、装置１０は、好ましくは蒸気であ
るガス流を用いて液体燃料を霧化するための手段を含ん
でいる。ここで、この霧化手段は、ハルチ等の米国特許
４，３４９，１５６において開示されたものと同じ一般
的なタイプのものである。このような手段は、図１にい
くらか図示されており、内部チャンバ１２を画定する本
体１１を備えた霧化ヘッドを含んでいる。細長衝突ピン
１３は、その端部がチャンバのほぼ中心に位置するよう
に、チャンバ内に配置されている。好ましくは約１５０
ｐｓｉから２００ｐｓｉの間の圧力で圧縮された液体燃
料は、本体１１内の入口ポート１４を経由してチャンバ
内に導入される。この入口ポートは、ピン１３の端部と
所定間隔をおいて対向するように配置されている。液体
流は、衝突ピンの端面にぶつかり、力学的に分散して小
滴になる。同時に、液滴が更に霧化されて微粒子になる
ように、圧縮ジェット流は、ピンと垂直にはねている液
滴をたたきながら、入口ポート１４を通ってチャンバ内
へ導入され、ピンの端部を横切るように向けられ、ピン
の周囲に向けられる。
【００１１】本体１１に取り付けられ、チャンバ１２の
出口１６の下流に配置されているのは、霧化された液体
燃料とこれに伴う蒸気とを反応器内に噴霧するためのノ
ズル２０である。ここで、このノズルは、排出端を画定
する下流端２２を有し、細長く、一般的には円筒形の本
体２１を含んでいる。ノズルの排出端２２は、一般的に
は半球状であり、それゆえに凸状の外表面と凹状の内表
面とを含んでいる。これらの表面は、一般的に言って、
ノズル２０の本体２１の縦軸上に位置した幾何学中心を
有する球の断片の形状とほぼ一致した形状を有してい
る。
【００１２】本発明に従い、ノズル２０の排出端２２
は、ノズルの軸の反対側に配置され、この軸を横切って
延びる方向に長い複数の排出オリフィス２５を備えて形
成されている。複数の出口オリフィスを有するノズルの
排出端により、ノズルから排出された混合ガスは、ノズ
ルの軸上に中心を合わせられた同じ様な面積の単一の排
出オリフィスを有するノズルの場合よりも一層細かく霧
化される。複数のオリフィスによりもたらされた一層細
かい霧化の結果として、蒸気が比較的低い体積流率で装
置に供給されている場合でさえ、与えられた体積の液体
が比較的大きな表面積の粒子に破砕されるため、装置１
０の効率は増加する。
【００１３】図１及び図２の態様では、二つの細長い出
口オリフィス２５は、ノズル２０の排出端２２の中に形
成されている。これらのオリフィスは、ノズル軸の反対
側に配置され、ノズル軸から等しい距離だけ間隔をおい
ており、上記で指摘したように、ノズルを横切って延び
る方向に長くなっている。図１及び図２は、最も効果の
大きいバージョンのノズルを表したものであり、この態
様では、オリフィス２５は、ノズルから噴霧された各流
れがノズルの排出端から離れて行くにつれて集まるよう
に、互いに向けて傾けられている。このようにすると、
各々の流れは、互いに衝突し、ノズルのすぐ外側で、よ
り一層の霧化をもたらすようになる。各々のオリフィス
は、好ましくは、ノズルの軸に対して約１０度までの角
度で傾けられていると良い。
【００１４】排出オリフィス２５は、ノズル２０の排出
端２２中にフライスによって形成されていても良い。排
出端が半球形状をしているため、フライスを用いた排出
端の穿孔は、図２に示されるように、ノズル端から見た
ときに、上のオリフィスが一般的なＶ字形に見え、下の
オリフィスが一般的な逆Ｖ字形に見えるように、約１０
度までの角度で傾けて行われる。
【００１５】本体２１と排出端２２との接合部に、鋭い
エッジを持った環状の肩部２６を設けることにより、さ
らに高い効率をノズルに与えることができる。この肩部
は、排出端の内径よりわずかに大きな内径を有する本体
を用意する際に作製される。混合ガスがオリフィス２５
に接近し、液体燃料の更なる霧化をもたらすときに、こ
の肩部は、混合ガス中に乱れを作り出す。
【００１６】図３及び図４に示されるノズル２０′内に
おいて、オリフィス２５′は、これらのオリフィスを通
して排出される霧化済みの液体の流れがノズルから下流
に進みながら互いに遠ざかるように傾けられている。こ
のように配置することで、同等の面積の単一の細長いオ
リフィスを有するノズルよりも、高い効率を生み出すこ
とができるが、その効率は、図１及び図２のノズル２０
を用いて得られるものほどは大きくない。
【００１７】比較テストから得られた次の表のデータ
は、単一のオリフィスを有する同様のノズルと比較した
ときの、二つの拡がりオリフィス２５′を備えたノズル
２０′から得られる増加した効率を証明している。
【００１８】
【表１】 上記の表において、“Ｅｑ．Ｗｔ．蒸気 ％”は、液体
の流率に基いた供給液体の重量に対する、装置１０に供
給される蒸気の重量のパーセンテージを表す。様々な液
圧のもとで比較テストを実行するにあたって、徐々に圧
力を高めるために入口オリフィス１５の面積を徐々に小
さくすることにより、装置１０への液体の流率は、全て
の圧力のもとで一定に維持された。
【００１９】上の四つのデータ列を中央の四つのデータ
列と比較すれば、二つのノズルにほぼ等量の蒸気が供給
された場合でさえ、二つの拡がりオリフィス２５′を備
えたノズル２０′が、単一のオリフィスを備えたノズル
よりも液体を極めて小さな粒子にするような霧化をもた
らしていたことは、明らかであろう。ノズル２０′の高
効率は、中央の四つのデータ列を下の四つのデータ列と
比較することにより、さらに証明される。この比較から
は、単一のオリフィスを備えたノズルには２倍以上の量
の蒸気が供給されていたにもかからわず、二つの拡がり
オリフィス２５′を備えたノズル２０′が、単一オリフ
ィスノズルとほぼ同じ粒子サイズを実現していたことが
理解されるであろう。
【００２０】図５及び図６のノズル２０″では、二つの
オリフィス２５″は傾けられておらず、代わりに、互い
に平行に延びている。結果として、霧化された液体の平
行な流れが、これらのオリフィスから排出されやすくな
る。ノズル２０″は、ノズル２０′ほど効率的ではない
が、それでも、同等の面積の単一オリフィスを備えた従
来のＦＣＣノズルよりも効率的である。
【００２１】ここで、図７を参照すると、他の形状の霧
化ヘッドを有し、比較的低い圧力下で装置に導入される
液体流と合わせて用いるのに特に適した接触分解、霧化
及び噴霧装置１０ａが示されている。上述したものと同
様の構成要素には、区別する添字“ａ”を付して同様の
参照番号が与えられている。図１に示される装置１０と
同様に、霧化ヘッドは、内部チャンバ１２ａを画定する
本体１１ａを有しており、この内部チャンバ１２ａは、
チャンバのほぼ中央に位置する端部を備えた細長衝突ピ
ン１３を有している。圧縮液体燃料は、ピン１３の端部
と対向する本体１１ａ内の入口１５ａを経てチャンバ内
に導入される。同時に、蒸気の圧縮ジェットは、入口１
４ａからチャンバ内に導入され、液体流蒸気の破砕と霧
化を助ける。
【００２２】本発明のさらなる特徴として、比較的低い
圧力下で液体流が装置に導入される場合であっても、液
体の霧化を高めるために、霧化ヘッドは、衝突ピンに極
めて接近した補助のガス入口を有しており、液体をさら
に分解及び霧化して極めて細かい粒子にするために、圧
縮されたガス又は蒸気が、前記ガス入口を通じて、入口
１４ａからチャンバ内に導入された圧縮蒸気の流れを横
切るように向けられ、かつ、入口１５ａから導入された
液体流と直接対向する関係におかれるようになってい
る。
【００２３】図解された態様において、霧化ヘッドの本
体１１ａは、第２の又は補助の、ガス又は蒸気入口ポー
ト３０を備えて形成されており、この入口ポート３０
は、衝突ピン１３ａの内部に形成された軸方向通路３１
と連結している。この軸方向通路３１は、ほぼ衝突ピン
１３ａの長さまで延びているが、ほぼ平坦な衝突面３２
を画定する端部よりは短い。この場合の衝突ピン１３ａ
は、細長スリーブ３４という手段により、本体１１ａ内
に支持されている。このスリーブ３４は、衝突ピン１３
ａを包囲するようにして、衝突ピンとほぼ同じ距離だ
け、チャンバ１２ａの内部に向かって延びている。衝突
ピン１３ａは、ピン１３ａの一部を取り囲む環状通路３
５の外縁をスリーブ３４の内表面とともに定める外側環
状凹部を有している。衝突ピン１３ａは、軸方向ピン通
路３１を通り、径方向通路３６を通り、環状通路３５に
沿って軸方向に進み、そして、スリーブ３４及び衝突ピ
ン１３ａの終端間に画定された所定の計量オリフィス３
８を通る、という入口ポート３０からの蒸気の導通を許
すために、軸方向に間隔をあけた複数の径方向通路３６
を備えて形成されている。入口ポート３０に導入される
圧縮蒸気は、衝突面３２の周辺の外向き環状パターン又
はさやの内部の計量オリフィス３８を出ることになる。
【００２４】これまで通常要求されてきたものより実質
的に低い圧力の下で液体が霧化チャンバ内へ導入される
ときでさえ、計量オリフィス３８からの圧縮蒸気が外向
きであると、液体の霧化が大きく高まることがわかっ
た。装置１０ａは、通常要求される液体圧力である１５
０−２００ｐｓｉと比較して４０から５０ｐｓｉという
低い圧力下で液体流が導入されるときに、液体炭化水素
燃料流の高効率霧化を可能にすることがわかった。この
ことは、ここで特に開示したようなものを含む様々な形
状の排出オリフィスを備えた細長管状ノズルを装置１０
ａの霧化ヘッドに利用する技術の当業者により理解され
るであろう。
【００２５】ここで、図８を参照すると、他の形状の霧
化ヘッドを有する接触分解霧化および噴霧装置１０ｂが
示されており、この装置において、上述したものと同様
の構成要素には、区別する添字“ｂ”を付して同様の参
照番号が与えられている。装置１０ｂの霧化ヘッドは、
液体炭化水素の入口１５ｂと、図７に関して説明された
ものとほぼ同様のガス又は蒸気計量オリフィス３８ｂを
備えた衝突ピン１３ｂとを有している。この例におい
て、衝突ピン１３ｂの周辺の環状チャンバ３５ｂは、ス
リーブ３４ｂの内表面中の凹部により画定される。入口
１５ｂに導入された圧縮液体は、小滴に破砕されるべ
く、ピン１３ｂの衝突面３２ｂに衝突する。同時に、衝
突面３２ｂを包囲する環状蒸気オリフィス３８ｂから放
出された蒸気の圧縮ジェットは、霧化ヘッド本体の混合
及び霧化チャンバ１２ｂ中のいたるところで、ピン１３
ｂではねた液滴を直撃し、これを激しく分散させる。
【００２６】本発明のかかる態様を実施するにあたっ
て、霧化ヘッドチャンバ１２ｂは、凹状内表面４０によ
り画定される閉塞上流端を有しており、この凹状内表面
４０は、激しく分散されたチャンバ内の液滴を下流方向
に向け直し、この液滴をオリフィス３８ｂ及び入口１５
ｂから入ってくる蒸気及び液体の流れとさらに相互作用
させ、最終的に比較的細かく霧化された液体粒子の形で
ノズル２０ｂを通った最終的な方向に向けるのに適用さ
れる。この例における凹表面４０は、霧化ヘッドの円筒
チャンバ１２ｂの縦軸と衝突ピン１３ｂ及び液体入口１
５ｂの縦軸との交差点上の幾何学中心線を持った球の断
片の形状をしている。
【図面の簡単な説明】
図１は、本発明特有の特徴と結びついた新規で改良され
たノズルを備える接触分解霧化及び噴霧装置の軸方向に
沿った断面図である。図２は、図１に示されるノズルの
拡大端面図である。図３は、図１とほぼ同様の拡大断片
図であるが、本発明に係るノズルのもう一つの形態を示
している。図４は、図３に示されるノズルの拡大端面図
である。図５及び図６は、それぞれ図３及び図４と同様
の図であるが、ノズルのさらにもう一つの形態を示して
いる。図７は、比較的低い圧力の下で装置に導入される
液体流蒸気の高効率の霧化および噴霧に特に適した他の
形状の前置霧化ヘッドを有する接触分解霧化および噴霧
装置の縦断面である。図８は、他のもう一つの形状の前
置霧化ヘッドを有する接触分解霧化および噴霧装置の縦
断面である。本発明は、様々な変形や他の構造をとるこ
とが可能であるが、図面にはここで例示される一定の態
様が示されており、これは以下で詳しく説明される。し
かしながら、開示された特定の形態に発明を限定する意
図はなく、逆に、本発明は、本発明の趣旨と範囲の中に
含まれる全ての変形、他の構造および均等物をカバーす
るものであるということは、理解されるべきである。

Claims (19)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 液体炭化水素の流動接触分解用の装置で
    あって、 液体炭化水素及び蒸気の圧縮流のための入口、前記蒸気
    に前記液体を霧化させて微粒子にするための手段、及び
    霧化された液体のための出口、を有する霧化器と、 前記出口に連結した管状の本体を有するノズルであっ
    て、前記本体は、中心軸と、凸状の外表面及び凹状の内
    表面を備えた排出端とを有し、前記排出端は、形状が球
    の切断片の形状とほぼ一致し、かつ、前記軸上に位置す
    る幾何学中心を有する前記ノズルと、 前記排出端を貫いて形成された二つの細長い排出オリフ
    ィスであって、前記軸の反対側に位置し、前記軸からほ
    ぼ一定の間隔をあけ、前記軸を横切って延びる方向に細
    長い前記排出オリフィスと、 を含む装置。
  2. 【請求項２】 前記オリフィスは、前記オリフィスを通
    して排出された霧化済みの液体の流れが、前記ノズルの
    前記排出端から離れていくにつれて互いに近付くように
    傾けられている請求項１記載の装置。
  3. 【請求項３】 前記オリフィスは、前記オリフィスを通
    して排出された霧化済みの液体の流れが、前記ノズルの
    前記排出端から離れていくにつれて互いに遠ざかるよう
    に傾けられている請求項１記載の装置。
  4. 【請求項４】 前記オリフィスは、霧化液体の平行な流
    れが前記オリフィスから排出されやすいように、互いに
    平行に延びている請求項１記載の装置。
  5. 【請求項５】 前記本体は、円形の断面を有しており、
    前記排出端付近の前記本体の内径は、前記排出端の内径
    よりも大きくなっており、これにより、エッジの鋭い環
    状肩部が前記ノズル内で前記本体と前記排出端との接合
    部において画定されている請求項１記載の装置。
  6. 【請求項６】 液体炭化水素の流動接触分解用の装置で
    あって、 液体炭化水素及びガスの圧縮流のための入口、前記ガス
    に前記液体を霧化させて微粒子にするための手段、及び
    霧化された液体のための出口、を有する霧化器と、 前記出口に連結した管状の本体を有するノズルであっ
    て、前記本体は、中心軸と、凸状の外表面及び凹状の内
    表面を備えた排出端とを有し、前記排出端は、形状が球
    の切断片の形状とほぼ一致し、かつ、前記軸上に位置す
    る幾何学中心を有している前記ノズルと、 前記排出端を貫いて形成され、前記軸を横切って延びる
    方向に細長い複数の排出オリフィスであって、前記複数
    の排出オリフィスの半数は、前記軸の一側に位置してお
    り、前記複数の排出オリフィスの他の半数は、前記軸の
    反対側に位置している前記排出オリフィスと、 を含む装置。
  7. 【請求項７】 液体炭化水素の流動接触分解用の装置で
    あって、 内部混合及び霧化チャンバを有する霧化ヘッドと、 前記ヘッド内に設置され、前記チャンバの内部に向かっ
    て延びている衝突ピンと、 を含み、 前記衝突ピンは、自らの端部上に衝突面を画定してお
    り、前記霧化ヘッドは、液体入口を有し、そこを通じて
    圧縮液体が前記チャンバ内へ向かって前記ピンの衝突面
    に対して向けられるようになっており、前記霧化ヘッド
    は、ガス入口を有し、そこを通じて蒸気が前記チャンバ
    内へ向けられるようになっており、前記ガス入口は、前
    記蒸気が前記チャンバ内に導入された液体と相互作用し
    てこれを霧化するように、前記蒸気を前記衝突面から外
    方向に向かわせるための前記衝突ピンに極めて接近して
    おり、前記霧化ヘッドは、前記霧化済み液体のための出
    口を有しており、 前記出口に連結している管状の本体を有するノズル、を
    さらに含み、 前記ノズルは、霧化済みの液体が出る自らの外部端に近
    接した排出オリフィスを有している装置。
  8. 【請求項８】 前記霧化ヘッドは、第２のガス入口を有
    しており、そこを通じて蒸気の圧縮流が前記チャンバ内
    へピンの前記衝突面を横切るように向けられる請求項７
    記載の装置。
  9. 【請求項９】 前記霧化ヘッドは、ガスポートを有し、
    前記ガス入口は、前記ガスポートに連結して、前記衝突
    面の周辺付近に蒸気の環状流を噴出するように形成され
    た計量オリフィスである請求項７記載の装置。
  10. 【請求項１０】 前記ピンは、前記ガスポートに連結し
    ている軸方向通路を備えて形成されており、前記ピン
    は、前記軸方向通路及び前記計量オリフィス間を連結す
    る更なる通路を有する請求項８記載の装置。
  11. 【請求項１１】 前記更なる通路は、前記軸方向通路及
    び前記計量オリフィス間を連結する少なくとも一つの径
    方向通路を含んでいる請求項１０記載の装置。
  12. 【請求項１２】 前記霧化ヘッドは、前記ピンを包囲す
    るように設置された環状スリーブを有する請求項１１記
    載の装置。
  13. 【請求項１３】 前記計量オリフィスは、前記ピン及び
    スリーブの末端間で画定されている請求項１２記載の装
    置。
  14. 【請求項１４】 前記霧化ヘッドは、前記出口と対向す
    る閉塞上流端を有する請求項７記載の装置。
  15. 【請求項１５】 前記上流端は、前記チャンバ内の液体
    を前記出口の方向へ、前記ノズルを通して向かわせるた
    めの凹状内表面により画定されている請求項１４記載の
    装置。
  16. 【請求項１６】 前記凹状内表面は、前記チャンバの縦
    軸と前記衝突ピンの縦軸との交差点上の幾何学中心線を
    有する球の切断片の形状をしている請求項１５記載の装
    置。
  17. 【請求項１７】 液体炭化水素の流動接触分解用の装置
    であって、 内部混合及び霧化チャンバを有する霧化ヘッドと、 前記ヘッド内に設置され、前記チャンバの内部に向かっ
    て延びている衝突ピンと、 を含み、 前記霧化ヘッドは、液体入口を有し、そこを通じて圧縮
    液体流が前記チャンバ内へ前記ピンの方向に導入される
    ようになっており、前記霧化ヘッドは、ガス入口を有
    し、蒸気の圧縮流が前記チャンバ内に導入された液体と
    相互作用してこれを霧化するように、前記ガス入口を通
    じて蒸気の圧縮流が前記チャンバ内に導入され、前記ピ
    ンへ向かうようになっており、前記霧化ヘッドは、前記
    衝突ピンに極めて接近した補助のガス入口を有し、前記
    チャンバ内に導入された液体を更に霧化するために、前
    記ガス入口から蒸気の圧縮流が前記チャンバ内へ前記ピ
    ンの端部から外方向に導入されるようになっており、前
    記霧化ヘッドは、前記霧化済みの液体のための出口を有
    しており、 前記出口に連結し、霧化済みの液体が出る排出オリフィ
    スを有するノズル、をさらに含む装置。
  18. 【請求項１８】 前記補助のガス入口は、前記衝突ピン
    の周囲から蒸気の環状流を出すように形成された計量オ
    リフィスである請求項１７記載の装置。
  19. 【請求項１９】 前記霧化ヘッドは、前記ピンを包囲す
    るように設置された環状スリーブを有し、前記計量オリ
    フィスは、前記ピン及びスリーブの末端間で画定されて
    いる請求項１８記載の装置。
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