JPH11262702A - アトマイジング・ノズル及びその使用方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 分散された炭化水素フィード速度での好適な
剪断作用をもたらし、炭化水素フィード液滴及び触媒の
好適な混合を導くことができるノズルを提供する。 【解決手段】 （ａ）中心長軸、入口端部及びチップ端
部を有するノズル・バレル；（ｂ）垂直方向中心線、内
側表面及び外側表面を有し、ノズル・バレルのチップ端
部に接続されるチップ；並びに（ｃ）チップの内側表面
を経てチップの外側表面へ延びる実質的に垂直な少なく
とも３つの開口部を有してなるノズルであって；各開口
部は幅よりも大きな長さを有し；各開口部は、チップの
内側表面の第１の中間点、及びチップの外側表面の第２
の中間点、並びに第１及び第２の中間点を横切る線によ
って形成される中心長軸を更に有し；各開口部の中心長
軸とノズル・バレルの中心長軸との間に形成される角度
θは０〜約７５°であるノズルを用いる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、液体ストリームを
アトマイズ(atomize)する（又は霧状化若しくは噴霧す
る）ためのノズル、ノズル・アッセンブリ、及びそれら
を用いる方法に関する。特に、本発明は、分散媒の存在
下で液体ストリームをアトマイズし、液体小滴の扇形の
スプレー(spray、噴霧物）を提供するためのノズル、ノ
ズル・アッセンブリ、及びそれらを用いる方法に関す
る。ノズル、ノズル・アッセンブリ、及びこれらを用い
る方法は、流動接触分解装置の接触分解ゾーンの中へ、
炭化水素フィードを含むストリームを注入(inject)する
ために特に有用である。

【０００２】

【従来の技術】石油フラクションの流動接触分解（ＦＣ
Ｃ）は、確立した石油精製操作である。ＦＣＣでは、
（鎖長において炭素原子数が約２０〜約３０以上であ
る）重質炭化水素フラクションは、（鎖長において炭素
原子数が約１２〜約１５以下の）より軽質の炭化水素フ
ラクション、例えば、ガソリンへ化学的に分解される。
ＦＣＣ装置は、通常は、スタンドパイプによって再生領
域へ接続される反応領域を有している。触媒は、それ自
体では細かく分割された（微細化された）固体であり、
反応器、再生器及び接続スタンドパイプにおいて流体の
ような挙動を示し、従って「流動」触媒と称される。

【０００３】ＦＣＣプロセスの操作において、新しい炭
化水素のフィードは、場合によって予熱され、触媒と混
合されて、反応器領域の接触転化ゾーン内で分解され
る。今日のＦＣＣ装置において接触転化ゾーンは、主と
して、反応器領域のライザーに配されている。接触分解
が起こるためには、炭化水素フィード（例えば、油）を
気化させて、炭化水素フィードが（一般にゼオライトで
ある）触媒の細孔の中に拡散して分解サイトへ到達させ
る必要がある。接触分解反応は、触媒の上にコークスを
付着させ、「コークスの付着した(coked)」あるいは
「使用済みの(spent)」触媒を生じさせる。生成物は、
気相で反応器から出て、所望のフラクションに分離する
よう、少なくとも１つの主精留塔又は蒸留塔へ送られ
る。使用済み触媒は、使用済み触媒用スタンドパイプを
経由して連続的に反応器から再生器へ送られる。再生器
において、コークスは酸素含有ガスと接触することによ
って、発熱反応においてガス状の生成物へ転化される。
排ガスは種々の熱回収手段を経由して再生器から放出さ
れ、また、再生された熱い触媒は戻りスタンドパイプを
経て反応器へ再循環され、そこで再度、新しい炭化水素
のフィードと接触される。一般に、再生器において放出
される熱は、熱い再生された触媒によって反応器へ運ば
れ、吸熱分解反応に熱を供給する。一般的な流動接触分
解システムは、Pohlenzの米国特許第３，２０６，３９
３号、Iscolらの米国特許第３，２６１，７７７号に開
示されており、ここで引用することによってこれらの全
体を本明細書に包含する。

【０００４】ノズルは、一般的に液体スプレーの形態で
炭化水素フィードをライザーの接触転化ゾーンに注入す
るために用いられる。スプレーを形成するために、一般
に、炭化水素フィードは、分散媒、例えばスチーム（水
蒸気）と組み合わせられ、分散された炭化水素ストリー
ムを形成する。分散された炭化水素ストリームを接触転
化ゾーンの中へ注入するために用いられる１若しくはそ
れ以上のノズルは、軸方向に又は放射状（半径方向）に
配することができる。軸方向（アキシアル型）のノズル
を用いる場合、ＦＣＣ装置のライザー領域の中へ延び、
ライザーの断面領域にある一組のポイントに端部がある
１若しくはそれ以上のノズルを用いることによって、
（ストリームがゆきわたる）適用範囲を得ることができ
る。アキシアル型のノズルは、上方へ流れる触媒と好ま
しくは平行である炭化水素フィードの流れを形成するよ
うに、ほとんど又はほぼ完全に垂直方向（好ましくはラ
イザーの垂直軸から約１０°以内の向き）に配すること
が好ましい。放射状（ラジアル型）のノズルを用いる場
合、ライザー壁の周囲に取り付けられている複数のノズ
ルを用いることによって、（ストリームがゆきわたる）
適用範囲を得ることができる。ラジアル型のノズルはラ
イザー自体の内へ最小限度で延びることが好ましい。こ
のノズルの方向は、触媒の上向きの流れと交差するよう
な炭化水素フィードの流れを形成する。ラジアル型のノ
ズルは、ライザーの垂直軸に対して、１０°上向きの角
度から約９０°水平な角度までの範囲内の角度にて配向
される（方向付けされる）ことが好ましい。最適な接触
分解条件を提供するためには、いずれの向き（型）のノ
ズルであっても、好ましくは、分解触媒が流れるライザ
ーの断面領域全体をカバーするように広がるパターン
で、分散された炭化水素ストリームを集合的に噴霧する
必要がある。（炭化水素ストリームがゆきわたる）適用
範囲を向上させることによって、より良好な触媒−炭化
水素フィードの混合がもたらされる。より良好な触媒−
炭化水素フィードの混合によって、接触分解反応が促進
され、熱分解反応が最小となる。熱分解反応は、望まし
くない生成物、例えばメタン及びエタンを生成させ、よ
り有益なＦＣＣ生成物の収率の低下をもたらす。

【０００５】スプレーの適用範囲を十分なものとするこ
とに加えて、ノズルは、好ましくは個々の触媒粒子の寸
法と比較し得る微細な炭化水素フィード液滴を形成する
必要がある。炭化水素フィードの微細な液滴は、１００
ミクロン（μｍ）以下のソーター平均径（即ち、測定し
た液滴と同じ体積−表面積比を有する球の径）を有する
ことが好ましい。液滴の寸法が小さくなると、炭化水素
フィード液滴表面積の体積に対する割合は増加し、これ
によって触媒から炭化水素フィードへの熱移動が促進さ
れ、炭化水素フィードの気化時間が短縮される。気相で
の炭化水素フィードは触媒の細孔の中に拡散し得るの
で、より迅速な気化は接触分解反応の生成物の収率を向
上させる。反対に、炭化水素フィードの気化、及び／又
は炭化水素フィードと触媒との混合が遅れると、熱分解
生成物とコークスの収率が増加することになる。

【０００６】今日用いられている大部分のＦＣＣノズル
では、ラジアル(radial)型又はアキシャル(axial)型の
何れであっても、分散された炭化水素ストリームを接触
転化ゾーンの中へ注入（又は噴射（inject))する小さな
液滴へ剪断作用によって分割する（shear)ために、大き
な速度（例えば、毎秒約３００フィート以上の速度）が
用いられている。しかしながら、大きな速度は、望まし
くない作用ももたらし得る。例えば、ラジアル型の注入
部を有する工業的装置における温度プロファイル(profi
le)は、ライザーの接触転化ゾーンにおいて、垂直な中
心軸に沿って著しく低い温度を示すことがある。この温
度プロファイルは、ライザーの断面領域にわたって、触
媒及びフィード液滴が均一に混合されていないことを示
している。特に、より冷たい液体フィード液滴は、触媒
との間で、運動量及び熱をあまり交換することなく、ラ
イザーの中央部分を移送される。従って、分散された炭
化水素フィード速度での好適な剪断作用を提供し、炭化
水素フィード液滴及び触媒の好適な混合を導くことがで
きるノズルが必要とされている。

【０００７】更に、今日用いられている多くのＦＣＣラ
ジアル型ノズルの適用範囲(coverage)はあまり広くはな
い。この問題点は、より小さな液滴を形成するノズルが
取り付けられている場合等に観察されるが、液滴と触媒
との接触があまり良好ではないことによって、収率の向
上が得られないという問題点である。

【０００８】米国特許第４,６０１,８１４号（Mauleon
ら)(以下において、「Mauleon」と称する）には、接触
分解プロセスにおいて、残油をアトマイズするための半
径方向（放射状）に配向される高速ノズルが開示されて
いる。１つの態様において、ノズル端部は、扇形のスプ
レーパターンを形成する、水平方向に制限される１つの
スロット開口部である。「Mauleon」では、ノズル端部
は、平行な２つのスロットであってもよいし、又は互い
に９０°の角度をなす２つのスロットであってもよいと
いうことも開示している。アトマイズしたフィード油の
排出速度は大きく、３００フィート／秒以上であり、よ
り好ましくは５００フィート／秒である。しかしなが
ら、上述したような理由によって、大きな速度を要求す
るノズルは、あまり効果的ではない。

【０００９】従って、高速のノズル速度を必要とせず、
接触分解ゾーンの断面積の全体をカバー(cover)する、
微細な炭化水素液滴のスプレーを形成することができる
ノズル及びノズル・アッセンブリを開発することが望ま
れている。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は、液体ストリー
ムを扇型のスプレーにアトマイズするためのノズルを提
供する。ノズルは、 （ａ）中心長軸、入口端部及びチップ端部を有し、液体
ストリーム及び分散媒を受け入れるノズル・バレル； （ｂ）垂直方向中心線、内側表面及び外側表面を有し、
ノズル・バレルのチップ端部に接続されるチップ；並び
に （ｃ）チップの内側表面を経てチップの外側表面へ延び
る実質的に垂直な少なくとも３つの開口部を有してな
り、 各開口部は所定の長さ及び幅を有しており、開口部の長
さは幅よりも大きく、各開口部は、チップの内側表面の
第１の中間点、及びチップの外側表面の第２の中間点、
並びに第１及び第２の中間点を横切る線によって形成さ
れる中心長軸を更に有しており、各開口部の中心長軸と
ノズル・バレルの中心長軸との間に形成される角度θは
０〜約７５°である。 （ａ）中心長軸、入口端部及びチップ端部を有し、液体
ストリーム及び分散媒を受け入れるノズル・バレル； （ｂ）垂直方向中心線、内側表面及び外側表面を有し、
ノズル・バレルのチップ端部に接続されるチップ；並び
に （ｃ）チップの内側表面を経てチップの外側表面へ延び
る実質的に垂直な少なくとも３つの開口部を有してな
り、各開口部は所定の長さ及び幅を有しており、開口部
の長さは幅よりも大きく、各開口部は、チップの内側表
面の第１の中間点、及びチップの外側表面の第２の中間
点、並びに第１及び第２の中間点を横切る線によって形
成される中心長軸を更に有しており、各開口部の中心長
軸とノズル・バレルの中心長軸との間に形成される角度
θは０〜約７５°である。

【００１１】本発明は、もう１つの態様において、液体
ストリームをアトマイズするためのノズル・アッセンブ
リを提供する。ノズル・アッセンブリは、本発明のノズ
ルを少なくとも３つ有しており、これらは噴霧すべき領
域の周囲に放射状に取り付けられている。

【００１２】本発明は、更にもう１つの態様において、
液体ストリームをアトマイズする方法を提供する。その
方法は、 (ａ)液体ストリームと分散媒とを混合して、分散された
液体ストリームを形成する工程； (ｂ)長軸、入口端部及びチップ端部を有するノズル・バ
レルを有する少なくとも１つのノズルの少なくとも一部
を通して、分散された液体ストリームを供給する工程； (ｃ)ノズル・バレルのチップ端部に接続されるチップを
通して液体ストリームを案内する工程であって、 チップは、垂直方向中心線、内側表面、外側表面、及び
チップの内側表面を経てチップの外側表面へ延びる少な
くとも３つの実質的に垂直な開口部を有しており、各開
口部は所定の長さ及び幅を有しており、開口部の長さは
幅よりも大きく、各開口部は、チップの内側表面の第１
の中間点、及びチップの外側表面の第２の中間点、並び
に第１及び第２の中間点を横切る線によって形成される
中心長軸を更に有しており、各開口部の中心長軸とノズ
ル・バレルの中心長軸との間に形成される角度θは０〜
約７５°である工程；並びに (ｄ)分散された液体ストリームをチップの開口部を通し
て案内し、フラットな扇形のスプレーを形成する工程を
含んでなる。本発明の好ましい態様において、ノズル及
びノズル・アッセンブリは、炭化水素フィードをアトマ
イズする流動接触分解装置において用いられる。

【００１３】

【発明の実施の形態】本発明は、適当な条件下において
操作される場合に、微細な液体の小滴のフラットな扇形
の噴霧パターンを形成するノズル及びノズルアセンブリ
を提供するものである。本発明のノズルのもう１つの特
徴は、速度の小さい液体ストリームをアトマイズするの
に特に有用であるということである。例えば、本発明の
ノズルは、適当な条件下において操作される場合に、３
００フィート／秒以下、より好ましくは２００フィート
／秒以下の速度を有する液体ストリームをアトマイズす
るのに効果的である。しかしながら、本発明のノズル
は、３００フィート／秒以上の速度を有する液体ストリ
ームをアトマイズするために用いることもできる。ノズ
ルは、流動接触分解装置の接触転化ゾーンの中へ液体炭
化水素ストリームを供給するように構成されるのが好ま
しい。

【００１４】本明細書において、「液体ストリーム(liq
uid stream)」という用語は、アトマイズすべき液体、
例えば炭化水素フィード等を含む種々のストリームを意
味する。「分散媒」とは流体、一般にガス、例えばスチ
ームを含有する流体を意味し、液体のアトマイズ化(ato
mization)を向上させるために用いられるものを意味す
る。「微細」とは、スプレーの中の液体小滴のソーター
平均直径が、好ましくは３００ミクロン（μｍ）以下、
より好ましくは２００ミクロン以下、及び最も好ましく
は１００ミクロン以下のものを意味する。「フラットな
扇形」とは、スプレーにおける水平方向寸法の垂直方向
寸法に対する割合が、ノズルバレルの長軸に垂直ないず
れの断面で測定しても、好ましくは４：１以上、より好
ましくは６：１以上、最も好ましくは８：１以上である
ことを意味する。

【００１５】本発明のノズルは、液体のストリーム及び
分散媒を受け入れるノズルバレル、並びに少なくとも３
つの実質的に垂直な開口部を有するチップを含んでい
る。図面を参照すると、図面において同じ符号は同じ要
素を指しており、図１は、本発明のノズルの１つの態様
例を示しており、特にノズル１の端部を示している。ノ
ズルの端部は円筒形状のバレル２、チップ端部６、チッ
プ端部と反対側の入口端部３及び中心長軸４を有してい
る。バレル２の端部は、アトマイズすべき液体ストリー
ム及び分散媒の混合物を含む分散された液体ストリーム
１０を受け入れる。分散された液体ストリーム１０は、
所定の厚さ８及び少なくとも３つの実質的に垂直な開口
部（図示せず）を有するノズル・チップ１４へ案内され
る。分散された液体ストリームはノズル・チップ１４の
開口部を通して案内される。

【００１６】ノズル・チップの開口部はフラットな扇形
状のスプレーを形成するような形状となっている。図２
のＡは図１におけるノズル・チップ１４の端面を示して
おり、開口部をより詳細に示している。図２のＡにおけ
るノズル・チップ１４は、垂直方向中心線２０及び３つ
の長方形の開口部２２を有しており、３つの開口部は、
ノズル・チップ中心線２０上に位置する中央開口部４
６、及び所定の間隔をおいて中央開口部４６から離れて
いる２つの第１の離隔開口部(first removed openings)
４８からなっている。各開口部２２は、ノズル・チップ
１４の外側表面４０に位置する垂直方向中心線２１、開
口部の垂直方向中心線２１と平行な向きの長さ２４、開
口部垂直方向中心線２１に対して垂直な方向の、ノズル
・チップ１４の外側表面４０に位置する幅２６を有す
る。図２のＡにおける開口部２２は、ノズル・チップ中
心線２０との関係で実質的に垂直である。「実質的に垂
直」とは、開口部中心線２１が、ノズル・チップ垂直方
向中心線２０に対して成す角φが０〜約３０°（０°の
角度は、平行及び好ましくは垂直のことである）、より
好ましくは約０〜１０°、及び最も好ましくは０〜５°
であることを意味する。

【００１７】各開口部２２は、開口部垂直方向中心線２
１とノズル・チップ垂直方向中心線２０の間で測定し
て、ノズル・チップ垂直方向中心線２０から所定の間隔
２３をおいて設けられる。図２のＡに示される３つの開
口部２２は、２つの第１の離隔開口部４８がそれぞれ反
対側に位置して、ノズル・チップ垂直方向中心線２０か
らほぼ等しい間隔をおいて配されるように、ノズル・チ
ップの上で対称な形態に配されることが好ましい。

【００１８】図２のＡのＡ−Ａ線におけるノズル・チッ
プ１４の断面を図２のＢに示す。図２のＢにおいて、開
口部は、フラットな扇形のスプレーを形成するような形
状となっている。各開口部２２は、対向するエッジ２７
Ａ及び２７Ｂ、並びに対向するエッジ２８Ａ及び２８Ｂ
を有しており、エッジ２７Ａ及び２７Ｂは、ノズル・チ
ップ１４の内側表面３８において開口部２２の長手方向
に沿って（図示せず）延びており、また、エッジ２８Ａ
及び２８Ｂは、ノズル・チップ１４の外側表面４０にお
いて開口部２２の長手方向に沿って延びている。エッジ
２７Ａ及び２８Ａは、連絡表面２９Ａにより連絡されて
おり、エッジ２７Ｂ及び２８Ｂは連絡表面２９Ｂによっ
て連絡されている。図２のＢにおいて、連絡表面２９Ａ
及び２９Ｂは互いに平行であり、ノズルバレル２の中心
長軸４との関係で角度を成さないように示されている。

【００１９】各開口部は、ノズル・チップ１４の内側表
面３８において開口部２２の中間点３６から、ノズル・
チップ１４の外側表面における開口部２２中間点３４へ
線を引くことによって形成される中心長軸３２を有す
る。図２のＢにおいて、各開口部の中心長軸はノズルバ
レルの中心長軸４との関係で０°に等しい角度を成す。
特に、第１の離隔開口部４８の中心長軸３２は、ノズル
バレル中心長軸４に対して平行であり、中央開口部４６
の中心長軸（図示せず）はノズルバレル中心長軸４と一
致している。

【００２０】スプレーの水平噴霧角度を広げるために
は、好ましくは少なくとも１つ及びより好ましくは少な
くとも２つの開口部を、ノズルバレルの中心長軸との関
係で角度を成すようにする。開口部は連絡表面（図２に
おける２９Ａ及び２９Ｂ）を角度付けすることによって
角度を成すようにすることができる。連絡表面は、各開
口部の中心長軸が、ノズル・チップの下流側で他のいず
れかの開口部の中心長軸を横切ることがないようにする
（即ち、開口部の中心長軸がノズル・チップの下流側で
離れるようにする）限り、種々の形態にて角度付けする
ことができる。例えば、連絡表面は平行であってもよい
し又は平行でなくてもよい。同様に、例えば、１つの連
絡表面を角度付けし、反対側の連絡表面をノズルバレル
中心長軸との関係で角度付けしないようにすることもで
きる。開口部の連絡表面は互いに平行であることが好ま
しい。

【００２１】開口部の中心長軸をノズル・チップの下流
側で離れた状態とするためには、開口部の中心長軸とノ
ズルバレルの中心長軸とによって形成される角度が、ノ
ズル・チップ垂直方向中心線により近いところに位置す
る隣接する開口部よりも大きいか又は等しいように、連
絡表面を角度付けすることが好ましい。スプレーの水平
方向噴霧角度を少なくとも６０°に角度付けすることが
好ましく、より好ましくは少なくとも９０°、最も好ま
しくは少なくとも１２０°に角度付けすることが好まし
い。

【００２２】少なくとも２つの角度付けされた開口部を
有する本発明の好ましいノズルを、図３のＡ及びＢに示
している。図３のＡは、３つの完全に垂直な開口部２２
を有するノズル・チップ１４の端面を示している。図３
のＢは、図３のＡのＢ−Ｂ線におけるノズル・チップ１
４の断面図を示している。

【００２３】図３のＡにおいて、中央開口部４６は角度
付けされていないが、第１の離隔開口部４８はノズルバ
レル中心長軸４との関係で角度付けされている。図３の
Ａの第１の離隔開口部４８の角度付けは、ノズル・チッ
プ１４の内側表面（図示せず）における開口部の長さ２
４にわたって延びる対向するエッジ２７Ａ及び２７Ｂ
が、ノズル・チップ１４の外側表面４０において対応す
るように形成される対向するエッジ２８Ａ及び２８Ｂよ
りも垂直方向中心線２２より近くなるように配されるよ
うにして行っている。内側表面において対向するエッジ
２７Ａ及び２７Ｂは、連絡表面２９Ａ及び２９Ｂによっ
てノズル・チップ１４の外側表面における対向するエッ
ジ２８Ａ及び２８Ｂに連絡されている。各開口部は、ノ
ズル・チップ１４の外側表面４０において中間点３４を
有しており、ノズル・チップ１４の内側表面においては
中間点３６を有している。中央開口部４６の場合、ノズ
ル・チップ１４の外側表面４０における中間点３４は、
内側表面における中間点（図示せず）に対応しており、
それは中央開口部４６が角度付けされていないためであ
る。

【００２４】第１の離隔開口部４８の角度付けは、図３
のＢにより良好に示されている。図３のＢにおいて、第
１の離隔開口部４８の連絡表面２９Ａ及び２９Ｂはノズ
ル・チップ１４の厚み８を通って延びており、ノズル・
チップ１４の内側表面３８における対向するエッジ２７
Ａ及び２７Ｂを、ノズル・チップ１４の外側表面４０に
おける対向するエッジ２８Ａ及び２８Ｂに連絡させてい
る。図３のＢに示す角度付けされた対向する表面２９Ａ
及び２９Ｂは互いに平行である。

【００２５】図３のＢにおいて各開口部は、ノズル・チ
ップ１４の内側表面３８における開口部の中間点３６と
ノズル・チップ１４の外側表面４０における開口部の中
間点３４との間に引かれる線によって形成される中心長
軸３２をも有している。中央開口部４６の中心長軸（図
示せず）は、ノズルバレルの中心長軸４と一致してい
る。第１の離隔開口部４８は、ノズルバレル中心長軸４
との関係で（符号３０で示す）角度θを成すように角度
付けされている。好ましい態様では、図３のＢに示すよ
うに、第１の離隔開口部４８は、水平方向噴霧角を大き
くするように反対側を向いて角度付けされている。より
好ましくは、第１の離隔開口部は、対称に、反対側の向
きに同程度の大きさの角度にて角度付けされていること
が好ましい。

【００２６】図３のＢにおいて中央開口部４６は角度付
けされていないが、中央開口部が０°から約１５°の範
囲の角度θを有するようにすることもできる。角度付け
された中央開口部が好ましいのは、ノズルバレル中心長
軸から離れる方向にスプレーを排出することが望ましい
場合、例えば接触分解ゾーンにおいて渦巻き流を形成し
ようとする場合などである。中央開口部を角度付けする
場合、他の開口部の角度θは、開口部の中心長軸がノズ
ル・チップの下流側で交差することを確実に防止するよ
うに調節することが必要であると考えられる。例えば、
第１の離隔開口部を反対側の向きに同程度の大きさで角
度付けすることは、そのことによって開口部の中心長軸
が交差する現象が生じる場合には好ましくないこともあ
り得る。

【００２７】本発明のもう１つの好ましい態様におい
て、各開口部の中心長軸３２とノズルバレル中心長軸４
との間の角度θは、ノズル・チップ垂直方向中心線２０
から開口部の距離２３が大きくなるにつれて大きくな
る。角度θが次第に大きくなる場合を図４に示してい
る。図４は、５つの開口部を有するノズル・チップ１４
の断面図である。角度θの増大のしかたは対称であるこ
とが好ましい。例えば、第１の離隔開口部４８は、ノズ
ルバレル中心長軸と角度θ1をなすように反対側の向き
に同様に角度付けされており、第２の離隔開口部５０
は、ノズルバレル中央長軸と角度θ2をなすように互い
に反対側の向きに同じような角度にて角度付けされてお
り、この場合はθ2はθ1より大きいことが好ましい。同
様に、中央開口部は、ノズルバレル２の中央長軸４と一
致する中央長軸（図示せず）を有しており、角度θ0が
０°に等しい角をなすことが好ましい。

【００２８】ノズル・チップに５つ以上の開口部を設け
ることも可能であり、そのような場合には追加される開
口部は第３の離隔開口部、第４の離隔開口部等と称され
る。そのような態様においては、ノズル・チップ垂直方
向中心線から最も離れた開口部は最も大きな角度θを有
し、最も離れた開口部に隣接する開口部は２番目に大き
な角度θを有し、開口部の角度θはノズル中心線からの
開口部の間隔２３が小さくなるにつれて同様に小さくす
ることが好ましい。

【００２９】開口部の角度θの最大のものは０°〜約７
５°、より好ましくは０°〜約６０°、最も好ましくは
０°〜約４５°であることが好ましい。角度付けされた
開口部が約５°〜約７５°、好ましくは約１０°〜約６
０°の範囲の角度θを有することが好ましい。いずれか
の２つの隣接する開口部についての角度の差（例えばθ
2−θ1）は、約３０°以下であることが好ましく、約２
０°以下であることがより好ましい。

【００３０】本発明の好ましい態様例において、ノズル
・チップは５つの開口部を有しており、第１と第２の離
隔開口部が角度付けされている。中央開口部は０°の角
度θを有し、第１の離隔開口部は約１０°〜約３０°の
角度θを有し、第２の離隔開口部は約３０°〜約６０°
の角度θを有することが好ましい。

【００３１】開口部の角度付けに加えて、液体小滴のフ
ラットな扇形のスプレーを形成することは、開口部の他
の構成パラメータによっても向上させることができる。
一般に、開口部の設計には、分散された液体ストリーム
の所望の質量流量及びノズル・チップを通る分散された
液体ストリームを案内するのに利用する圧力降下を考慮
する必要がある。「圧力降下」とは、ノズルに入る液体
ストリームの圧力（即ち、「フィード側圧力」）と、ノ
ズルから排出される媒体の圧力との間の圧力差を意味す
る。扇形スプレー（パターン）を形成する構成パラメー
タには、開口部の数、開口部の間隔及び開口部の寸法な
どが含まれる。

【００３２】ノズル・チップにおける開口部の数は、ノ
ズル・チップを設けることができる最大の数を有する構
成とすることが好ましいが、一方、開口部どうしの間隔
は、ノズル・チップを通って流れる分散された液体スト
リームの力に耐えることができる十分な強度を有するよ
うに、適当な間隔をおいて離すことが好ましい。そのよ
うな構成を取ることによって、液体に剪断作用を加える
全表面（開口部の全周）が最大となる。ノズル・チップ
は少なくとも３つの開口部を有し、好ましくは約３〜約
１０個の開口部を有し、より好ましくは約３〜約７の開
口部を有し、最も好ましくは５つの開口部を有する。開
口部は、ノズル・チップ垂直方向中心線から所定の間隔
を置いて離されている各開口部が、ノズル・チップ垂直
方向中心線から等しい間隔をおいて、対向する（対とな
る）開口部がノズル・チップ垂直方向中心線の反対側に
位置するように、ノズル・チップ中心線から対称な形態
に間隔を置いていることが好ましい。１つの開口部がノ
ズル・チップ垂直方向中心線に配され、残りの開口部は
ノズル・チップ垂直方向中心線から対称な形態に配され
るというように、ノズル・チップ上に奇数の数の開口部
を設けることがより好ましい。対称な形態で配される開
口部に加えて、いずれかの隣接する２つの開口部どうし
の間の間隔を、ノズル・チップの外側表面における隣接
する開口部のエッジどうしの間で測定して、開口部の幅
の約０．２〜約２．５倍であることが好ましい。（開口
部中心線から開口部中心線までで測定して）２つの隣接
する開口部の間隔の開口部の幅に対する割合は、約１．
２〜約３．５、より好ましくは約１．３〜約２．２であ
ることが好ましい。

【００３３】開口部の寸法に関しては、開口部の幅は、
微細な液体小滴を形成し、系の圧力降下の制約内に止ま
るように選択することが好ましい。例えば、一般に、開
口部の幅が小さくなるにつれて、液体小滴の平均寸法は
小さくなる。しかしながら、開口部の幅が小さくなるに
つれて、所定の数の開口部について、圧力降下が大きく
なる。ノズル・チップの内側表面において測定して、開
口部の幅のノズルバレルの内側直径に対する割合は、約
０．０１〜約０．３０であることが好ましく、約０．０
５〜約０．２５であることがより好ましく、約０．０７
５〜約０．２０であることが最も好ましい。

【００３４】開口部の幅は、ノズル・チップ垂直方向中
心線に関しての開口部の配置に応じて変化させ、均一な
扇形のスプレーの分布を形成するようにすることが好ま
しい。いくつかの好ましい態様例がある。図５は、１つ
の好ましい態様例を示している。

【００３５】図５は、ノズル・チップ垂直方向中心線２
２から対称に配されている、５つのスロット形状の開口
部２２を有する好ましいノズル・チップ１４の端面を示
している。ノズル・チップ垂直方向中心線２２に設けら
れる開口部は中央開口部４６であり、幅Ｗ0を有する。
ノズル・チップ垂直方向中心線２０の最も近くに配され
ている開口部は第１の離隔開口部４８であって、幅Ｗ1
を有しており、ノズル・チップ垂直方向中心線２０から
最も離れている開口部は第２の離隔開口部５０であり、
幅Ｗ2を有している。ノズル・チップの内側表面（図示
せず）において測定した場合の幅を用いている。図５に
示されているように、第１の離隔開口部及び第２の離隔
開口部も、図４に示す開口部と同様に角度付けされてい
る。

【００３６】図５に示す態様例において、開口部のノズ
ル・チップ垂直方向中心線２０からの距離２３が大きく
なるにつれて、開口部の幅は小さくなっている。言い換
えると、開口部の幅は、外側に行くにつれて、又はノズ
ル・チップ垂直方向中心線２０からより離れるにつれ
て、小さくなっている。例えば、中央開口部４６は最も
大きな幅を有しており、１番目の離隔開口部４８は２番
目に大きな幅を有しており、２番目の離隔開口部５０は
最も小さな幅を有している（即ち、Ｗ0＞Ｗ1＞Ｗ2とな
っている。）。同様に、開口部の幅は、第１の離隔開口
部どうしが同じ幅を有しており、第２の離隔開口部どう
しが同じ幅を有するように対称となっている。このよう
な構成は、一様な液体フラックス(flux)（即ち、断面積
に対する質量流量）がスプレーの幅全体にわたって必要
とされる場合に特に好ましい。

【００３７】もう１つの好ましい態様例（図示せず）で
は、第１の離隔開口部４８は最も大きな幅を有してお
り、中央開口部４６は２番目に大きな幅を有しており、
第２の離隔開口部５０は最も小さい幅を有している（即
ち、Ｗ1＞Ｗ0＞Ｗ2である。）。 ノズルに更に開口部を
設けることが望ましい場合、２番目の離隔開口部から始
めて開口部の幅を次第に小さくして、最も遠い離隔開口
部は最も小さな幅を有するようにすることが好ましい。
（この関係はＷ2＞Ｗ3＞Ｗ4・・・で表される。）。そ
のような開口部の幅の構成は、スプレーの外側縁部より
も、スプレーの中央領域に高い液体フラックスが必要と
される場合に好ましい。例えば、そのような構成は、複
数のオーバーラップするスプレーを用いるような場合に
好ましいことがある。

【００３８】更にもう１つの好ましい態様例（図示せ
ず）では、中央開口部が最も小さな幅を有しており、ノ
ズル中心線からの開口部の距離が大きくなるにつれて開
口部の幅は徐々に増大している。この関係はＷ2＞Ｗ1＞
Ｗ0である。この態様は、スプレーの外側縁部に内側よ
りもより高い液体フラックスが必要とされる場合に用い
ることが好ましい。

【００３９】開口部の幅を変化させるいずれの場合にお
いても、ノズルバレル内側直径の約０．０５〜約０．３
０、より好ましくは約０．１０〜約０．２０倍の幅をい
ずれかの開口部の最大の幅とすることが好ましい。いず
れかの開口部の最小の幅は、ノズルバレル内側直径の約
０．０５〜約０．２０倍、より好ましくは約０．０７５
〜約０．１５倍であることが好ましい。

【００４０】開口部の長さは、約３０°以下の垂直噴霧
角度を有するスプレーを形成し、ノズルの圧力降下の制
約内で操作されるように選択することが好ましい。垂直
形状の開口部を形成するためには、幅よりも長さを大き
くする。開口部の長さの開口部の幅に対する割合は少な
くとも約３：１であることが好ましく、少なくとも約
４：１であることがより好ましく、約５：１〜約１０：
１とすることが最も好ましい。開口部は、ノズル・チッ
プ垂直方向中心線からのそれらの距離に応じて長さを変
えることができる。例えば、ノズル・チップ垂直方向中
心線により近い開口部をより長くして、ノズル・チップ
領域を十分に利用し、圧力降下を最小とすることができ
る。ノズル・チップ上のすべての開口部が同じ長さとす
ることが好ましい。

【００４１】ノズル・チップ内側表面及び外側表面にお
いて開口部の長さ及び幅を規定するエッジ部は、分散さ
れた液体ストリームを液体小滴に剪断する（分ける）た
めにシャープであることが好ましい。「シャープ」と
は、ノズル・チップの内側表面及び外側表面において尖
ったエッジ部を形成するように開口部を機械加工するこ
とを意味しており、エッジ部が丸みを帯びないことが好
ましい。また、開口部は、長さの寸法が幅の寸法よりも
大きく、水平方向についてフラットな扇形のスプレーが
形成されるのであれば、種々の幾何学で形状をとること
ができる。好適な幾何学的形状には、例えば、四角形、
端部が丸いスロット、延びた菱形及び長円形などが含ま
れる。

【００４２】図１〜５に示される態様はフラットな形態
のノズル・チップを有しているが、チップ表面を外側に
凹ませる（concave outside）ことも可能であり、そう
することが好ましい場合もある。外側に凹んでいるチッ
プは、表面積を増大させるという利点を有しており、そ
れによって多くの開口部を設けることができる。外側に
対して凹形状であるチップは、特定の形状のエリアをよ
り均一にカバーすることができ、又は所望の液滴寸法の
分布とすることができる。ノズル・チップは種々の外側
に凹んでいる形状とすることができる。例えば、その形
状は、浅い半球形又は半球形等の均一な形状であっても
よいし、あるいは均一ではない形状、例えば、垂直線に
沿って２又はそれ以上のフラットな表面が連結する、例
えば折り曲げられたディスクの形態のような均一でない
形状であってもよい。

【００４３】ノズル・チップの厚さは、分散された液体
ストリームの力に耐え得る最小の厚さとすることが好ま
しい。ノズル・チップの厚さの最も小さい開口部の幅に
対する割合は、約２．０に等しいか又はそれ以下である
ことが好ましく、約１．５に等しいか又はそれ以下であ
ることがより好ましく、約１．０に等しいか又はそれ以
下であることが最も好ましい。

【００４４】図１〜５に示すような円筒形状の導管を有
するノズルを形成することに加えて、他の幾何学的形状
の導管を用いることもできる。例えば、四角形、長円
形、又は多角形の幾何学的形状のものを使用することも
できる。

【００４５】本発明のノズルは、均一に混合された分散
液体ストリームを形成するための液体ストリーム及び分
散媒を混合する手段を、ノズル・チップの上流側に有す
ることが好ましい。「均一に混合」とは、 液体と気体
の点別の容量フラクションがノズルの断面領域にわたっ
てかなりの均一性を有することを意味する。例えば、液
体ストリームは、分散媒の中を帯状又は大きい若しくは
小さな液滴状に分配され得る。分散された液体ストリー
ムが均一に混合されならば、液体ストリームと分散媒の
混合にはそれに適する種々の手段を用いることができ
る。

【００４６】本発明のノズルに用いることができる好ま
しい混合デバイスを図６に示す。図６において、ノズル
９８は、イニシャル・アトマイザー１００、拡張領域１
１４、ノズルバレル２を有している。イニシャル・アト
マイザー１００は、入口１０２を通る分散媒１２６のス
トリームを受け入れるための第１の導管１０８、及び、
入口１２０を通る液体ストリーム１２８を受け入れるた
めの第２の導管１０６を有している。第１の導管は円筒
形状であって、第２の導管の中心長軸（図示せず）と一
致する中心長軸１３０を有しており、ノズルバレルの中
心長軸４と整列している。第２の導管の少なくとも一部
は第１の導管の中に位置しており、第２の導管の外側表
面１３５と第１の導管の内側表面１３７との間に分散媒
１２６のための環状の流路を形成している。第１の導管
の内径は、第２の導管の外径の約１．１〜約２．５倍で
あることが好ましい。

【００４７】液体ストリーム１２８及び分散媒１２６
は、第２の導管の壁部１３４に設けられている複数のパ
ーフォレーション（穿孔）１１２を通して分散媒を案内
することによって混合される。液体ストリーム１２８は
イニシャル・アトマイザー１００の出口１２４を液体が
通過する際に、分散媒と激しく混合され、分散された液
体ストリーム１２６を形成する。

【００４８】第２の導管１０６のパーフォレーション１
１２は第２の導管の壁部１３４に直角にドリルで孔あけ
されたものでよい。パーフォレーション１１２をイニシ
ャル・アトマイザー出口１２４の１／２インチの範囲内
に設けることも好ましい。より好ましい態様（図示せ
ず）では、２列のパーフォレーション１１２が設けら
れ、各列は第２の導管の壁部１３４の周囲にほぼ均一に
配される８個のパーフォレーションを有している。所望
する場合には、パーフォレーション１１２をイニシャル
・アトマイザー出口１２４の下流側に移すこともできる
し、又は液体ストリームと分散媒１２６を混合するため
の追加的手段、例えば第２の導管の中に配されるチュー
ブなどを追加的に設けることもできる。

【００４９】出口１２４からの分散された液体ストリー
ム１１６は拡張領域１１４の中へ排出される。円筒形状
の第２の導管及び第１の導管を用いる場合には、拡張領
域１１４は、円錐を逆さにして先端部を切り取ったよう
な領域を有することが好ましい。拡張領域１１４の入口
１２０における内径が、イニシャル・アトマイザー出口
１２４の内径に等しいか又はそれに近い寸法を有するこ
とが好ましい。拡張領域１１４の出口１３８の直径は、
ノズルバレルの入口端部３におけるノズルバレル２の直
径とほぼ等しい直径であることが好ましい。拡張領域の
壁部１４３は、第１の導管１０８の壁部１３９との間で
角度αをなし、αの角度は約５°〜約３０°であること
が好ましく、約１０°〜約２５°であることがより好ま
しく、約１５°であることが最も好ましい。拡張領域
は、より複雑な幾何学的形状を有していてもよく、例え
ばベンチュリーメータ又はキャブレータに用いられる形
状であってもよいが、そのような形状は製造が困難であ
りコストが高くつく。

【００５０】本発明のノズルに用いることができる好ま
しい他の混合デバイスは、米国特許第５,２８９,９７６
号及び５,３０６,６１８号（いずれもＤouら）（以下、
「Ｄou」と称する。）に開示されており、引用すること
によってその全体をこの明細書に包含する。Ｄouは、ノ
ズルの一部である混合デバイスを開示している。Ｄou
は、図６に示すものと似ているイニシャル・アトマイザ
ー及び拡張領域、並びに拡張領域の中に配される衝突プ
ラグを有する混合デバイスを開示している。。好ましい
態様では、Ｄouの混合デバイスは図６に示すような衝突
プラグを伴わずに用いられている。

【００５１】図６の混合デバイス又はＤouにおいて、拡
張領域の出口１３８とノズル・チップ１４との間のノズ
ルバレル２の長さ１４１は、分散された液体ストリーム
を十分に減速させて、バレルのより大きな断面領域の部
分の中へ導くのに十分な長さである。好ましくは、拡張
領域の出口とノズル・チップとの間のノズルバレルの長
さは、拡張領域への出口における内径の少なくとも約
１．５倍、より好ましくは約２．０〜４．０倍である。

【００５２】他の好適な混合デバイスであって、本発明
のノズルの中に含み得るものには、例えばスパイラル・
ミキサー、ベーンパック（vane pack）、静的ミキサー
（static mixer）、又はこれらの組合せ等がある。１又
はそれ以上の混合デバイスをノズルの外部に設け、分散
された液体ストリームをノズルに供給することもでき
る。しかしながら、混合デバイスはノズルの一部に含ま
せることが好ましい。

【００５３】選ばれる混合デバイスに応じて、ノズル・
チップに接近する分散された液体ストリームは残存する
渦巻き動作を有し得る。好ましくは、この残存する渦巻
き動作は、ノズル・チップに達しつつある分散された液
体ストリームがノズル・チップに到達する前に除去され
る。例えば、ミキシングデバイスの下流側に整流壁(str
aighting vane)を設けて残存する渦巻き動作を除くこと
ができる。

【００５４】ノズルは、ノズル・チップを含めて、ＦＣ
Ｃ接触分解装置の操作の間にノズルがさらされる温度、
圧力及び化学物質に耐えることができるような材料によ
って形成することができる。例えば、ノズル・チップ
は、ＦＣＣ接触分解装置のライザー内で触媒の摩耗及び
温度に耐える材料により形成する必要がある。

【００５５】本発明の方法において、液体ストリーム及
び分散媒を含む分散した液体ストリームは、本発明のノ
ズルの少なくとも一部を通り、ノズル・チップの開口部
を通って案内され、扇形のスプレーを形成する。分散さ
れた液体ストリームは、ノズル・チップに達する前に均
一に混合される。好ましい態様において、液体ストリー
ム及び分散媒は混合デバイスを用いてノズル内で混合さ
れ、分散された液体ストリームを形成する。上述したよ
うに、分散された液体ストリームをノズル・チップに達
する前に均一に混合することができる限り、種々のデバ
イスを用いることができる。例えば図６に示すように、
混合デバイスはイニシャル・アトマイザー領域及び拡張
領域を有することが好ましい。

【００５６】ノズルから排出される液体ストリームに対
する分散媒の割合は、液体ストリームの適当なアトマイ
ズ化がもたらされるように調節する。ノズルから排出さ
れる液体ストリームの全重量を基準とする分散媒の量
は、約０．５重量％〜約５．０重量％であることが好ま
しく、約１．０重量％〜約３．５重量％であることがよ
り好ましい。

【００５７】本発明の方法において有用な液体ストリー
ムは、アトマイズすべき液体を含む種々のストリームで
ある。液体ストリームは、場合により、アトマイズ化を
向上させる添加物、例えば界面活性剤などを含み得る。
液体ストリームは、少なくとも８０重量％、より好まし
くは少なくとも９０重量％の液体を含むことが好まし
い。

【００５８】本発明の方法の好ましい態様において、液
体ストリームは接触分解すべき炭化水素フィードであ
る。炭化水素フィードは、工業的流動接触分解装置の中
で一般に処理される種々のフィード原料のであってよ
い。使用すべき炭化水素フィードは、少なくとも４００
゜Ｆ、より好ましくは約４００゜Ｆ〜１０００゜Ｆの温
度の沸点を有するものであることが好ましい。そのよう
な炭化水素フィードには、例えば、直留軽油、サイクル
軽油、減圧原油及び残油等がある。

【００５９】分散媒は、液体ストリームを分散させるの
に効果的な種々の気体含有ストリームであってよい。分
散媒は、分散媒の全重量を基準として、少なくとも７５
重量％、より好ましくは約９０〜１００重量％の気体を
含むことが好ましい。分散媒は、例えば、スチーム、空
気、燃料ガス、ブタン、ナフサ、その他の気体状炭化水
素、窒素又は不活性ガス、例えばアルゴン若しくはヘリ
ウム又はこれらの混合物であってよい。好ましくは分散
媒はスチームである。

【００６０】本発明のノズルは、少なくとも３個、より
好ましくは約６〜８個のノズルを含むノズルアセンブリ
において用いることが好ましい。ノズルアセンブリにお
いてノズルは、噴霧すべき断面領域の周囲に放射状に配
することが好ましい。ノズルを、噴霧すべき断面領域の
周囲にほぼ等しい角度の間隔をおいて分布させることも
好ましい。好ましい態様の１つでは、ノズルは、各ノズ
ルからのスプレーがオーバーラップし、及び／又は、そ
れ以上の他のノズルからのスプレーと交差するように配
する。ノズルを、各ノズルからのスプレーがそれに隣接
するノズルのスプレーとオーバーラップし、反対側のノ
ズルからのスプレーと交差するようにすることがより好
ましい。

【００６１】本発明のノズル及びノズルアセンブリは、
液体をフラットな扇形のスプレーにアトマイズすること
が望まれる種々の用途において用いることができる。例
えば、本発明のノズルは、液体反応物を種々の型の反応
容器の中へ噴霧したり、液体添加物を広い領域に（例え
ば、消泡化学薬品などを発泡層上に）分散させること、
冷却液体を気相中へ噴霧すること、又はアトマイズした
水を消火の目的で供給することなどに用いることができ
る。本発明の好ましい態様において、ノズル及びノズル
アセンブリは炭化水素フィードを接触分解装置の中へア
トマイズするために用いられている。本発明のノズル
は、ライザー接触転化領域又は濃厚流動床反応装置など
の中へ炭化水素フィードを噴霧するのに用いることが好
ましい。炭化水素フィードをライザー接触転化領域の中
へ噴霧することにノズルを用いることがより好ましい。

【００６２】本発明のノズルアセンブリに好ましい構成
を図７のＡ及びＢに示している。図７Ａは、本発明のノ
ズルアセンブリ２３２を示しており、これはＦＣＣ反応
装置１９０のライザー領域２００に取り付けられてい
る。ノズル２３４はライザー２００の中へ角度βだけ僅
かに上向きに取り付けられている。角度βはライザーの
垂直中心軸２２８とノズルバレル中心長軸４との間の角
度として規定される。角度βは、約１０°〜約９０°で
あるのが好ましく、約１０°〜約１８０°であるのがよ
り好ましく、約１０°〜約４５°であるのが最も好まし
い。

【００６３】ノズル２３４から再生触媒移送ライン２４
５への垂直方向の距離２４０は、ライザーにおけるベー
ス部分のシャープなベンド付近を通過した後のライザー
の断面領域にわたって、流動化された触媒ストリームに
非常に均一な速度プロファイルを形成させるように選択
する。垂直方向の距離２４０は、好ましくはライザーの
内径の少なくとも約１．０〜約１．５倍であり、より好
ましくは少なくとも約２．０〜約４．０倍である。垂直
方向の距離２４０は、図７Ａに示すように、ノズルバレ
ル２の中心長軸４から、ライザー２００の内側壁部２２
０における再生された触媒移送ライン２４５の中心長軸
２４７までで測定される。本発明のノズルアセンブリ
は、シャープなベンドを有さないライザーの中で用いる
こともでき、そのようなライザーの中では、触媒は滑ら
かに湾曲したベンドを通って炭化水素フィード注入領域
へ達する。

【００６４】図７Ｂは、ライザーを垂直方向下向きに観
察した場合のノズルアセンブリ２３２の平面図を示して
いる。図７Ｂにおいて示されているように、ノズルアセ
ンブリ２３２は放射状に取り付けられたノズル２３４を
６個有しており、それぞれのノズルは１つのノズル２３
４について５つの開口部を有している。各ノズルは、ラ
イザーの中へ半径方向の距離２２２だけ最小量で突出す
ることが好ましく、傾斜角βに拘わらず、ライザー内壁
部２２０の内側にノズル・チップ全体が確実に位置する
のに十分な大きさとして距離２２２は選ばれる。ノズル
２３４は、ノズル・チップ内の開口部（図示せず）の長
さがライザー垂直長軸２２８との関係で実質的に垂直で
あるように配向される。既に説明したように、ノズル・
チップにおける開口部のこの配向によって、水平方向の
扇形のスプレーが得られる。開口部のそのような配向に
よって、フラットな扇形スプレーが生じることは期待さ
れておらず、従来においては、ライザーの長軸との関係
で水平方向の開口部がフラットなスプレーを形成するた
めに一般的に用いられていた。理論的に拘束する意図は
ないが、これはそのような形に造形されることによるの
ではなく、ノズル・チップの内側表面及び外側表面にお
ける開口部の垂直エッジ上を液体ストリームが通過する
際に生じる剪断作用によって、実質的に垂直な開口部に
よりフラットな水平方向なスプレーが形成されると考え
られる。

【００６５】図７Ｂのノズルは、ライザーの周囲に配さ
れており、各ノズルは隣接する２つのノズルのスプレー
と交差するようにスプレー２４６を形成する。そのよう
な構成によって、個々の混合セル２４８は炭化水素フィ
ードと固体触媒との横方向の混合が促進される。図７Ｂ
から観察することができるように、各ノズルは、中央ス
ロットからの液体ストリームスプレーがライザーの内の
内側へ放射状に向けられて配向されており、一方、第１
及び第２の離隔開口部のスロットの液体ストリームスプ
レーはライザーの中心方向からそれた向きに向けられ
る。各ノズルからのスプレーが中心方向へ向けて及び中
心からそれる方向へ向けられることによって、ライザー
全体を「クロスハッチ(crosshatch)」する（線が交差す
る）ようなスプレーが形成され、固体触媒と炭化水素フ
ィードとを接触させるための界面領域が最大となる。

【００６６】放射状に取り付けられるノズルに加えて、
ノズルを軸方向に設けることも可能であるが、フラット
な扇形のスプレーは半径方向（放射状）に排出される場
合にライザーの断面領域をより効果的にカバーするの
で、そのような構成はあまり好ましいものではない。

【００６７】

【実施例】本発明のノズルは、微細な液滴の扇形のスプ
レーを形成することの有効性を調べる試験をした。チッ
プが内径６インチのノズル及び図４のノズルと同様のノ
ズルを、種々のノズル・チップとともに試験した。ノズ
ルはlathedアクリル系チューブから形成した。形状、開
口部の数、開口部の配向及び開口部の寸法を変えた代わ
りのノズル・チップを、標準的なネジ付きＰＶＣパイプ
キャップ、フラットなメタルディスク又はＬＥＸＡＮ
（登録商標）ディスクなどで形成した。ディスクは、ノ
ズルの周囲に保持して配置し、ネジ山付のＰＶＣカラー
によって支持した。

【００６８】水及び空気を用いて、ＦＣＣ装置の中のに
おける（液体ストリームとしての）炭化水素フィード及
び（分散媒としての）スチームの混合物をアトマイズす
るシュミレーションを行った。水及び空気の流量は、適
当な流体力学群を組み合わせることによって、スチーム
及び炭化水素フィードの２相の真の混合物の流動挙動が
正確に再現されるように選択した。空気は、フィン−フ
ァン・アフター・クーラーにより１０°Ｆの周囲温度に
冷却した後、約５０ポンド／平方インチ（ゲージ圧（ps
ig))の入口圧力にてノズルへ供給した。水は約６０°Ｆ
の周囲温度、及び２０psig〜３０psigの圧力にてノズル
へ供給した。

【００６９】ノズルアセンブリはスチール・スタンドに
水平方向にストラップし、スプレーを水平方向に排出す
るためのコンクリート重量(concrete weights)によって
逆方向の推力に逆らわせて静置した。ノズルの長さ方向
に沿う種々の位置において静圧をモニターした。

【００７０】ノズルから排出される分散液体ストリーム
の液滴寸法は、Greenfield Instruments, Inc.から供給
されるModel 700 Spray Analysis Systemを用いて測定
した。分析装置は、スプレーをサンプリングする前に液
滴の平衡生成を確保し、大規模なＦＣＣライザーの半径
方向の間隔に近くなるように、ノズル・チップから３２
インチの所に配設した。瞬間的液滴集団のイメージ(ima
ge)を捕捉することによって分析装置は作動し、その後
ピクセル(pixel)に関してコンピュータによって定量し
た。ソーター平均直径(Sauter mean diameter)（即ち、
全液滴集団と同じ体積対表面積比を有する球の直径）を
測定するソフトウェアによって、液滴について体積及び
表面積を測定した。

【００７１】各実験において、試験すべきノズル・チッ
プをノズル上に取り付け、空気及び水の流量を、ノズル
当たりの炭化水素フィードの１日当たり１２５００バー
レルの混合物、及び炭化水素フィードの重量基準で、
３.２重量％のスチームをシミュレートするように調節
した。定常的な条件が一度達成されたら、ノズルの長さ
方向に沿って圧力を記録し、スプレー・パターンを観察
した。同様に、ノズルから排出される分散された液体ス
トリームの液滴寸法を測定した。以下の液滴に関するデ
ータ収集に続いて、圧力プロファイル及び流量に著しい
変動が確実にないように再度チェックした。

【００７２】試験した種々のノズル・チップの寸法(dim
ension)を表１に示す。表１に示す場合において、ノズ
ル・チップ開口部はスロット形状とし、ノズルの中心線
から左右対称に配設した。試験したノズル・チップの厚
さは３／８インチから１／２インチの範囲であった。

【００７３】

【表１】 1 実施例、Ｃ１及びＣ２は比較例 2 Ｈは、開口部がノズル中心線との関係で水平方向に
配されていることを意味しており、Ｖは、開口部がノズ
ル中心線との関係で垂直方向に配されていることを意味
する。 3 角度φは、開口部中心長軸とノズル・バレル中心長
軸との間の角度である。角度φ0は、ノズル中心線上に
配されている開口部の角度であり、φ1は第１の第１の
離隔開口部の角度であり、φ2は第２の離隔開口部の角
度である。 4 幅は、開口部の短い方の寸法である。垂直な開口部
について、幅はノズル・チップの垂直方向中心線に対し
て垂直な向きであり、水平な開口部について、幅はノズ
ル・チップ垂直方向中心線に対して平行な向きである。
Ｗ0はノズル中心線における開口部の幅であり、Ｗ1は第
１の離隔開口部の幅であり、Ｗ2は第２の離隔開口部の
幅である。 5 長さは、開口部のより長い寸法である。垂直な開口
部について、長さはノズル・チップ垂直方向中心線との
関係で平行な向きであり、水平な開口部について、長さ
はノズル・チップ垂直方向中心線との関係で垂直な向き
である。 6 ノズル・チップの形状： キャップは、外側に凹んで
いる半球形である。ディスクは、ノズル・バレルの中心
長軸との関係で垂直であり、かつフラットである。 7 間隔は、チップの外側表面に沿って測定した、隣接
する開口部どうしの間におけるエッジとエッジとの距離
である。Ｓ1は、中央開口部と第１の離隔開口部との間
の距離であり、中央開口部が存在しない場合には、Ｓ1
は２つの第１の離隔開口部の間の距離である。Ｓ2は、
第１の第１の離隔開口部と第２の第１の離隔開口部との
間の距離である。

【００７４】試験したノズル・チップの結果を表２に示
す。表２において、実施例３〜実施例１１から理解され
るように、本発明のノズルは、液体ストリームを微細な
液滴の扇型スプレーへアトマイズするのに有効である。
比較例では、水平に配向される開口部（比較例Ｃ１及び
Ｃ２）によって、より大きな液滴及びより小さな水平方
向噴霧角を有するスプレーのパターンが得られた。更
に、単一の水平方向に配向される開口部（比較例Ｃ１）
によれば、丸い形態のスプレーが得られ、一方、実施例
３〜１１のノズルのスプレーは、比較的フラットであ
り、扇型の形態となっていた。実施例３〜５において、
ノズル・チップ上の全ての開口部は、開口部の中心長軸
とノズル・バレルの中心長軸との間の角度θが０°であ
った。実施例６〜１１では、実施例３〜５に比べて、ノ
ズル・チップ垂直方向中心線からの開口部の距離が増大
するにつれて、開口部の角度θが徐々に増大していた。
実施例６〜１１の結果は、実施例３〜５と比較して、ノ
ズル・チップ垂直方向中心線からの開口部の距離が増大
するにつれて、開口部の角度θが増大することによっ
て、水平スプレー角も増大し得ることを示している。

【００７５】

【表２】表２：ノズル・チップの効果 8 圧力降下は、ノズルから大気圧へ排出する場合にお
ける、図６の第２の導管の入口において測定した液体ス
トリームの静圧である。 9 ソーター平均液滴直径。 10 ノズル・バレル中心長軸を含む水平面内でスプレー
によって定まる角度。

【００７６】本発明を好ましい特定の態様について説明
したが、これらの構成について種々の変更を加えたり、
変形させたりし得ることは当業者には明らかな事項であ
る。明細書における記載事項は、本発明を説明するため
のものであって、これによって本発明を限定するもので
はない。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明のノズルの端部を示す図である。

【図２】 Ａは、図１に示すノズル・チップの端面図で
ある。Ｂは、ＡにおけるノズルのＡ−Ａ線についての断
面図である。

【図３】 Ａは、本発明のノズルの別の態様の端面図で
ある。Ｂは、ＡにおけるノズルのＢ−Ｂ線についての断
面図である。

【図４】 本発明のノズルの別の態様における断面図で
ある。

【図５】 本発明のノズルの別の態様における端面図で
ある。

【図６】 液体及び分散媒を混合するノズル・チップの
上流側に混合デバイスを有する、本発明のノズルの側面
図である。

【図７】 Ａは、ＦＣＣ装置のライザー領域において用
いる本発明のノズル・アッセンブリである。Ｂは、Ａの
ノズル・アッセンブリの平面図である。

【符号の説明】

１…ノズル、 ２…バレル、 ３…入口端部、 ４…ノズルバレル中心長軸、 ６…チップ端部、 ８…ノズル・チップの厚さ、 １０…液体ストリーム、 １４…ノズル・チップ、 ２０…ノズル・チップ垂直方向中心線、 ２１…開口部垂直方向中心線、 ２２…ノズル・チップ垂直方向中心線、 ２３…間隔、 ２４…開口部の長さ、 ２６…開口部の幅、 ２７Ａ、２７Ｂ、２８Ａ、２８Ｂ…エッジ、 ２９Ａ、２９Ｂ…連絡表面、 ３０…中間点、 ３２…開口部の中心長軸、 ３４…中間点、 ３６…中間点、 ３８…内側表面、 ４０…外側表面、 ４６…中央開口部、 ４８…第１の離隔開口部、 ５０…第２の離隔開口部、 ９８…ノズル、 １００…アトマイザー、 １０２…入口、 １０６…第２の導管、 １０８…第１の導管、 １１２…パーフォレーション、 １１４…拡張領域、 １１６…液体ストリーム、 １２０…入口、 １２４…アトマイザー出口、 １２６…分散媒、 １２８…液体ストリーム、 １３０…第１の及び第２の導管の中心長軸、 １３４…壁部、 １３５…外側表面、 １３５…中心長軸、 １３７…内側表面、 １３８…拡張領域の出口、 １３９…第１の導管の壁部、 １４１…ノズルバレルの長さ、 １４３…拡張領域の壁部、 １９０…反応装置、 ２００…ライザー、 ２２０…ライザー内壁部、 ２２２…距離、 ２２８…ライザー垂直長軸、 ２３２…ノズルアセンブリ、 ２３４…ノズル、 ２４０…距離、 ２４５…再生触媒移送ライン、 ２４６…スプレー、 ２４７…再生触媒移送ラインの中心長軸、 ２４８…混合セル。

【手続補正書】

【提出日】平成１１年３月２９日

【手続補正１】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】全図

【補正方法】変更

【補正内容】

【図１】

【図２】

【図３】

【図４】

【図５】

【図７】

【図６】

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ティモシー・ポール・ホルタン アメリカ合衆国60053イリノイ州モート ン・グローブ、フォスター・ストリート 7101番

Claims (20)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 液体ストリームを扇形の噴霧スプレーへ
   アトマイズするためのノズルであって、 （ａ）中心長軸、入口端部及びチップ端部を有し、液体
   ストリーム及び分散媒を受け入れるノズル・バレル； （ｂ）垂直方向中心線、内側表面及び外側表面を有し、
   ノズル・バレルのチップ端部に接続されるチップ；並び
   に （ｃ）チップの内側表面を経てチップの外側表面へ延び
   る実質的に垂直な少なくとも３つの開口部を有してな
   り、 各開口部は所定の長さ及び幅を有しており、開口部の長
   さは幅よりも大きく、各開口部は、チップの内側表面の
   第１の中間点、及びチップの外側表面の第２の中間点、
   並びに第１及び第２の中間点を横切る線によって形成さ
   れる中心長軸を更に有しており、各開口部の中心長軸と
   ノズル・バレルの中心長軸との間に形成される角度θは
   ０〜約７５°であるノズル。
2. 【請求項２】 開口部の中心長軸が、ノズル・チップの
   下流側で離れている請求項１記載のノズル。
3. 【請求項３】 少なくとも２つの開口部が、０°より大
   きい角度θを有する請求項１記載のノズル。
4. 【請求項４】 チップ垂直方向中心線からの距離が増大
   するにつれて、開口部の角度θが増大する請求項１記載
   のノズル。
5. 【請求項５】 チップが、約３〜約１０個の開口部を有
   する請求項１記載のノズル。
6. 【請求項６】 チップが５個の開口部を有する請求項１
   記載のノズル。
7. 【請求項７】 開口部がスロット形状である請求項１記
   載のノズル。
8. 【請求項８】 開口部の長さの幅に対する割合が約３：
   １〜約１０：１である請求項１記載のノズル。
9. 【請求項９】 チップ垂直方向中心線からの開口部の距
   離が増大するにつれて開口部の幅が減少するか、又は開
   口部のチップ垂直方向中心線からの距離が増大するにつ
   れて開口部の幅が増大する請求項１記載のノズル。
10. 【請求項１０】 １つの開口部がチップ垂直方向中心線
    上に位置し、残りの開口部がチップ中心線から対称に配
    される請求項１記載のノズル。
11. 【請求項１１】 垂直方向中心線から第１の離隔開口部
    が最も大きな幅を有しており、中央開口部は２番目に大
    きな幅を有する請求項１０記載のノズル。
12. 【請求項１２】 ノズルが少なくとも５つの開口部を有
    しており、第１の離隔開口部よりも離れている開口部の
    幅は、開口部のチップ垂直方向中心線からの距離が増大
    するにつれて、減少する請求項１１記載のノズル。
13. 【請求項１３】 チップがフラットなディスクの形状又
    は外側に凹んでいる形状である請求項１記載のノズル。
14. 【請求項１４】 ノズルが混合デバイスを更に有してお
    り、 混合デバイスは、 (ｉ)イニシャル・アトマイザー、並びに(ii)拡張領域を
    更に有しており、 (ｉ)イニシャル・アトマイザーは、 ノズル・バレル中心長軸、内側表面及び入口と共に位置
    合わせされている中心長軸を有し、分散媒を受け入れる
    第１の導管、並びにノズル・バレル中心長軸、外側表
    面、入口端部、及び出口端部と位置合わせされている中
    心長軸を有し、液体ストリームを受け入れる第２の導管 を有しており、 第２の導管には、分散媒を第２の導管の中へ向かわせる
    放射状に配される複数のパーフォレーションが設けられ
    ており、 第２の導管の少なくとも一部は第１の導管の中に位置し
    て、分散媒のための少なくとも１つの流路を、第２の導
    管の外側表面と第１の導管の内側表面との間に形成して
    おり；並びに(ii)拡張領域は、入口端部及び出口端部を
    有し、入口端部から出口端部へ断面積が徐々に拡大して
    おり、 拡張領域の入口端部は第２の導管の出口端部に接続され
    ており、拡張領域の出口端部はノズル・バレルの入口端
    部に接続されていることを特徴とする請求項１記載のノ
    ズル。
15. 【請求項１５】 噴霧すべき領域の周囲に半径方向に配
    設される少なくとも３つのノズルを有してなる液体スト
    リームをアトマイズするためのノズル・アッセンブリで
    あって、 各ノズルは、 (ａ)中心長軸、入口端部及びチップ端部を有し、液体ス
    トリーム及び分散媒を受け入れるノズル・バレル； (ｂ)垂直方向中心線、内側表面及び外側表面を有し、ノ
    ズル・バレルのチップ端部に接続されるチップ；並びに (ｃ)チップの内側表面を経てチップの外側表面へ延びる
    少なくとも３つの実質的に垂直な開口部を有してなり、 各開口部は所定の長さ及び幅を有しており、開口部の長
    さは幅よりも大きく、各開口部は、チップの内側表面の
    第１の中間点、及びチップの外側表面の第２の中間点、
    並びに第１及び第２の中間点を横切る線によって形成さ
    れる中心長軸を更に有しており、各開口部の中心長軸と
    ノズル・バレルの中心長軸との間に形成される角度θは
    ０〜約７５°であることを特徴とするノズル・アッセン
    ブリ。
16. 【請求項１６】 少なくとも２つの開口部が、０°より
    も大きい角度θを有する請求項１５記載のノズル・アッ
    センブリ。
17. 【請求項１７】 アッセンブリは、少なくとも６つのノ
    ズルを有してなり、流動接触分解装置のライザーに取り
    付けられている請求項１５記載のノズル・アッセンブ
    リ。
18. 【請求項１８】 液体ストリームをアトマイズする方法
    であって、 (ａ)液体ストリームと分散媒とを混合して、分散された
    液体ストリームを形成する工程； (ｂ)長軸、入口端部及びチップ端部を有するノズル・バ
    レルを有する少なくとも１つのノズルの少なくとも一部
    を通して、分散された液体ストリームを供給する工程； (ｃ)ノズル・バレルのチップ端部に接続されるチップを
    通して液体ストリームを案内する工程であって、 チップは、垂直方向中心線、内側表面、外側表面、及び
    チップの内側表面を経てチップの外側表面へ延びる少な
    くとも３つの実質的に垂直な開口部を有しており、各開
    口部は所定の長さ及び幅を有しており、開口部の長さは
    幅よりも大きく、各開口部は、チップの内側表面の第１
    の中間点、及びチップの外側表面の第２の中間点、並び
    に第１及び第２の中間点を横切る線によって形成される
    中心長軸を更に有しており、各開口部の中心長軸とノズ
    ル・バレルの中心長軸との間に形成される角度θは０〜
    約７５°である工程；並びに(ｄ)分散された液体ストリ
    ームをチップの開口部を通して案内し、フラットな扇形
    のスプレーを形成する工程を含んでなる方法。
19. 【請求項１９】 少なくとも２つの開口部が、０°より
    も大きい角度θを有する請求項１８記載の方法。
20. 【請求項２０】 液体ストリームと分散された分散媒と
    を別々にノズルの中へ供給する工程を更に有してなり、
    液体ストリームと分散媒とをノズルの中で混合する請求
    の範囲１８記載の方法。