(57)【要約】改良された反応器供給ノズルが開示される。一実施の形態によれば、供給ノズルは、外側熱シールド管の中に入れられている内側管、第１直径を有しかつ排出孔としての役割を果たす、内側管に加工された、第１円形孔、第１直径よりも大きい第２直径を有し、外側熱シールド管に加工された、第２円形孔、および、下降角度で流路を延長させる溶接先端部であって、内側管と既定角度を成して排出孔まで延在している区域を含む、溶接先端部、を備えている。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
供給ノズルであって、
外側熱シールド管の中に入れられている内側管、
第１直径を有しかつ排出孔としての役割を果たす、前記内側管に加工された、第１円形孔、
前記第１直径よりも大きい第２直径を有し、前記外側熱シールド管に加工された、第２円形孔、および、
下降角度で流路を延長させる溶接先端部であって、前記内側管と既定角度を成して前記排出孔まで延在している区域を含む、溶接先端部、
を備えていることを特徴とする供給ノズル。
【請求項２】
管状反応器内に垂直に挿入されるものであることを特徴とする請求項１記載の供給ノズル。
【請求項３】
前記内側管がステンレス鋼製であることを特徴とする請求項１記載の供給ノズル。
【請求項４】
前記外側熱シールド管がステンレス鋼製であることを特徴とする請求項１記載の供給ノズル。
【請求項５】
前記既定角度が９０°であることを特徴とする請求項１記載の供給ノズル。
【請求項６】
前記既定角度が４５°であることを特徴とする請求項１記載の供給ノズル。
【請求項７】
前記排出孔が、星型八角形パターンに従って成形されたものであることを特徴とする請求項１記載の供給ノズル。
【請求項８】
前記排出孔が長円形であることを特徴とする請求項１記載の供給ノズル。
【請求項９】
前記区域が鉛直なものであることを特徴とする請求項１記載の供給ノズル。
【請求項１０】
前記区域が斜めのものであることを特徴とする請求項１記載の供給ノズル。
【請求項１１】
前記内側管が、液体供給路と気体供給路とを有していることを特徴とする請求項１記載の供給ノズル。
【発明の詳細な説明】
【関連出願の説明】
【０００１】
本出願は、あらゆる目的のためにその全体が参照することにより本書に組み込まれる、２０１１年１２月２９日に出願された「重質炭化水素原料の熱処理において使用される供給ノズル（FEED NOZZLES FOR USE IN THERMAL PROCESSING OF HEAVY HYDROCARBONS FEEDSTOCKS）」と題する米国仮特許出願第６１／４２８，１０４号の優先権と利益を主張するものである。
【技術分野】
【０００２】
本発明は、一般に、粘性の原料油の迅速な熱処理に関する。より具体的には、本発明は、短滞留時間の熱分解反応器内に原料を供給するための注入ノズルに関する。
【背景技術】
【０００３】
重質油およびビチューメンは、従来の軽質原油や中質原油の生産量の下落を補う資源であり、こういった資源からの生産量は着実に増加している。原油をパイプラインで移送する際には、希釈剤を加えてその粘度および比重をパイプラインの仕様に合わせて減少させなければ移送することができない。あるいは、初期のアップグレーディングによって望ましい特性が得られる。しかしながら、希釈された原油またはアップグレードされた合成原油は、従来の原油とは著しく異なる。結果として、ビチューメン混合物または合成原油を、従来の流動接触分解精製装置で処理するのは容易ではない。そのため、いずれの場合でも、希釈された原料またはアップグレードされた原料を取り扱うように構成された精製装置において、さらなる処理を行わなければならない。
【０００４】
当技術では、ビチューメン原料を直接処理するために流動接触分解（ＦＣＣ）ユニットまたは他のユニットを使用するものが知られている。しかしながら、これらの処理は、原油原料内に存在する多くの化合物が接触材料自体の上に堆積することによって妨げられる。原料のこういった混入物質としては、例えば、バナジウムおよびニッケルなどの金属、（コンラドソン）残留炭素などのコークス前駆体、およびアスファルテンが挙げられる。再生器内で燃焼させて取り除かなければ、これらの材料が堆積することによって、汚染が生じ得るし、また接触材料の早期の交換が必要となり得る。これは特にＦＣＣプロセスに採用された接触材料に言えることであり、というのもプロセスの効率的な分解および適切な温度制御には、触媒プロセスを妨げる可燃性の堆積材料または金属をほとんどまたは全く含まない、接触材料が必要であるためである。
【０００５】
原料用の注入ノズルにおいては、フローライン内でコークスが形成されることがある。これは、液体や、さらに例えば限定するものではないが、水蒸気、生成ガス、排煙、窒素、二酸化炭素などの分散ガスのための、混合ノズル内の通路を最終的には減少させることになり得、混合ノズルに亘り圧力損失を増加させることになる可能性がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
さらに、分離ユニット内での油の蒸発および分解を強化するために、原料油を予熱することが一般的である。原料をこのように加熱すると、いくらかの油は、分散のためにノズルに導入される前に蒸発する。すなわち原料流は、分散のためにノズルに注入されるとき、水蒸気および油蒸気と、液体油とから成る、２相の流れを含み得る。２相の流体の分散は、ノズルの摩耗を増加させる。また、２相の流体のノズル分散では、単一の液相がノズルに導入されたときよりも分散効率が低下する。さらに、ノズルから放出される液体および気体の小塊により、ユニット内の固体熱媒体と油との割合が瞬間的に乱れて、生成物の分布が変化することがある。固体熱媒体と接触させるために反応器に導入する際に、２相の炭化水素原料流の液相を十分に分散させ得るような、装置およびプロセスを提供することが明らかに望ましいであろう。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
改良された反応器供給ノズルが開示される。一実施の形態によれば、供給ノズルは、外側熱シールド管の中に入れられている内側管、第１直径を有しかつ排出孔としての役割を果たす、内側管に加工された、第１円形孔、第１直径よりも大きい第２直径を有し、外側熱シールド管に加工された、第２円形孔、および、下降角度で流路を延長させる溶接先端部であって、内側管と既定角度を成して排出孔まで延在している区域を含む、溶接先端部、を備えている。
【０００８】
本発明のシステム、方法、特徴、および利点は、以下の図面および詳細な説明を検討すると、当業者には明らかである、あるいは明らかになるであろう。この追加される全ての方法、特徴、および利点は、本説明の中に含まれ、本発明の範囲内であり、さらに添付の請求項によって保護されると意図されている。さらに本発明は、実施形態例の細部を必要とするものに限定されないことも意図されている。
【０００９】
本明細書の一部として含まれている添付の図面は、現在の好適な実施形態を示したものであり、上記の一般的な説明と以下の好適な実施形態の詳細な説明とともに、本発明の原理を説明しかつ教示する役割を果たす。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】従来技術の反応器設計を示した図
【図２】一実施の形態による、本システムで使用される例示的な反応器設計を示した図
【図３】一実施の形態による、本システムで使用される例示的な反応器構成を示した図
【図４】従来技術の供給ノズルを示した図
【図５】反応器内の従来技術の供給ノズル構成を詳細に示した図
【図６】反応器内の従来技術の供給ノズル構成の底面図
【図７Ａ】従来技術の供給ノズルの側面図
【図７Ｂ】従来技術の供給ノズルの前面または上面図
【図７Ｃ】熱シールドを備えていない、従来技術の供給ノズルの内側管を示した図
【図７Ｄ】従来技術の供給ノズルの熱シールドを示した図
【図８Ａ】図７Ａ〜７Ｄに描いた従来技術の供給ノズル設計により生成された噴霧パターンを示す図
【図８Ｂ】図７Ａ〜７Ｄに描いた従来技術の供給ノズル設計により生成された噴霧パターンを示す図
【図９】図７Ａ〜７Ｄに描いた従来技術の供給ノズルにより生成された不均等な噴霧パターンに起因する不備を示した図
【図１０Ａ】一実施の形態による例示的な改良された反応器供給ノズルの側面図
【図１０Ｂ】一実施の形態による例示的な改良された反応器供給ノズルの前面または上面図
【図１１Ａ】一実施の形態による例示的な改良された反応器供給ノズルの内側管の側面図
【図１１Ｂ】一実施の形態による例示的な改良された反応器供給ノズルの内側管の前面または上面図
【図１１Ｃ】一実施の形態による、熱シールドを備えた例示的な改良された反応器供給ノズルの前面または上面図
【図１２Ａ】図１０Ａ〜１１Ｃによる例示的な改良された反応器供給ノズルにより生成された例示的な噴霧パターンの分析を示した図
【図１２Ｂ】図１０Ａ〜１１Ｃによる例示的な改良された反応器供給ノズルにより生成された例示的な噴霧パターンの分析を示した図
【図１３Ａ】一実施の形態による例示的な改良された供給ノズルの側面図
【図１３Ｂ】一実施の形態による例示的な改良された供給ノズルの前面または上面図
【図１４】図１３Ａおよび１３Ｂによる例示的な反応器供給ノズルの噴霧パターンを示した図
【図１５Ａ】一実施の形態による、さらなる例示的な改良された反応器供給ノズルの側面図
【図１５Ｂ】一実施の形態による、さらなる例示的な改良された反応器供給ノズルの前面または上面図
【図１６】図１５Ａおよび１５Ｂによる例示的な反応器供給ノズルの噴霧パターンを示した図
【図１７Ａ】一実施の形態による、さらなる例示的な改良された反応器供給ノズルの側面図
【図１７Ｂ】一実施の形態による、さらなる例示的な改良された反応器供給ノズルの前面または上面図
【図１８】図１７Ａおよび１７Ｂによる例示的な反応器供給ノズルの噴霧パターンを示した図
【図１９】従来技術の反応器供給ノズルの２相の流れを説明した図
【図２０Ａ】一実施の形態による、さらなる例示的な改良された反応器供給ノズルの側面図
【図２０Ｂ】一実施の形態による、さらなる例示的な改良された反応器供給ノズルの前面または上面図
【図２１】図２０Ａおよび２０Ｂによる例示的な反応器供給ノズルの噴霧パターンを示した図
【発明を実施するための形態】
【００１１】
図は必ずしも一定の縮尺で描かれたものではなく、さらに同様の構造または機能の要素は、説明のために図面を通じて類似の参照番号で概して表されることに留意されたい。また図面は、本書で説明される種々の実施形態の説明を助けるよう単に意図されたものであることも留意されたい。図面は必ずしも、本書で開示される教示の全ての態様を示したものではなく、また請求項の範囲を限定するものではない。
【００１２】
改良された反応器供給ノズルを開示する。一実施の形態によれば、供給ノズルは、外側熱シールド管の中に入れられている内側管、第１直径を有しかつ排出孔としての役割を果たす、内側管に加工された第１円形孔、第１直径よりも大きい第２直径を有し、外側熱シールド管に加工された第２円形孔、および、下降角度で流路を延長させる溶接先端部であって、内側管と既定角度を成して排出孔まで延在している区域を含む、溶接先端部、を備えている。
【００１３】
本開示は、反応器内への気体（例えば、水素含有気体、生成リサイクルガス、排煙、窒素、二酸化炭素、および水蒸気）および液体（液体炭化水素など）の混合物の流れを、従来技術の装置に関連するような不完全さを含まず、一様かつ円滑な優れた流れとして生み出すことが可能な装置すなわち注入ノズルアセンブリと、これを使用する方法とを提供する。反応器の目的は、循環床の固体熱媒体移送反応器システム内部での熱分解反応（熱クラッキング）を介して、重質油原料をより軽質の最終生成物に転換することである。
【００１４】
本開示は、反応器内に入る原料の液滴サイズ分布において小さい液滴サイズの割合が増えるように、反応器内での原料の均一な液体分布を実現させる、改良された注入ノズルをさらに提供する。
【００１５】
本開示は、反応器内への材料の流れを均質に分散させることが可能な改良された注入ノズル、および、反応器のフローラインに亘り注入ノズルからの自由なコークスの形成を減少させて、固体熱媒体との接触の改善を可能とする、改良された注入ノズル、をさらに提供する。
【００１６】
本発明は、粘性重質炭化水素原料の急速熱処理およびアップグレーディングのための注入ノズルを提供することによって、その望ましい目標を達成するものである。この注入ノズルは、管状内腔と少なくとも１つの開口を画成する構造とを有している第１管部材、および、管状内腔を有し、かつこの管状内腔が第１管部材の少なくとも１つの開口と通じているように第１管部材に結合された、少なくとも１つの第２管部材、を含む。少なくとも１つの管部材は、１対の開口端を有している。管部材は、管状軸と、この管状軸に概して垂直な１つの開口軸を有する、管状開口と、管状軸に直角に交わる１つの開口とを有している。本発明はさらにその望ましい目標を、円筒状の内壁を有する容器を備えた反応器を広く提供することによって達成するものであり、分配器アセンブリをこの容器の円筒状内壁に固定する。
【００１７】
本発明の注入ノズルは、原料を部分的に化学アップグレードする、または穏やかに分解する、重質油原料またはビチューメン原料のアップグレーディングプロセスにおいて利用される。これらのプロセスは原料内の混入物質のレベルをさらに低減し、それにより、重質油原料内またはビチューメン原料内に存在している成分による、流動接触分解、水素処理、または水素化分解において使用されるものなどの触媒接触材料の汚染が軽減される。このようなプロセスおよび／または方法、さらに関連する装置および生成物は、その全体が参照することにより本書に組み込まれる、米国特許第７，５７２，３６５号明細書、同第７，５７２，３６２号明細書、同第７，２７０，７４３号明細書、同第５，７９２，３４０号明細書、同第５，９６１，７８６号明細書、同第７，９０５，９９０号明細書、さらに係属中の米国特許出願第１２／０４６，３６３号明細書および同第０９／９５８，２６１号明細書に記載されている。
【００１８】
米国特許第５，７９２，３４０号明細書に記載されているように（その全体が参照することにより本書に組み込まれる）、現行タイプの熱分解反応器システムでは、液体原料のために供給物分散システムが必要である。移送ガス（リフトガス）が、ガス分配板の下方に位置するプレナムチャンバを通じて反応器に導入される。供給物分散システムの目的は、液体供給物の液滴サイズを減少させて容積に対する表面積比を増加させることにより、液体原料に対するより効率的な熱伝達条件を得ることである。リフトガス分配板（分配プレート）の目的は、固体熱媒体を反応器に亘って上昇させる気体の最適な流動様式を提供して、供給物と固体熱媒体との混合を助けることである。
【００１９】
「原料」または「重質炭化水素原料」は、（これらに限定するものではないが）重質原油、重質油、（オイルサンド）ビチューメン、または精製残油（油またはアスファルト）としばしば称される、密度および粘度の高い石油系の油を一般に意味するものである。しかしながら「原料」という用語は、常圧塔底部または真空塔底部などの、原油の底部の留分をさらに含み得る。さらに、この原料は著しい量のＢＳ＆Ｗ（Bottom Sediment and Water；泥水分）を含み得、例えば限定するものではないが、ＢＳ＆Ｗの含有量は０．５ｗｔ％である。重質油およびビチューメンは好適な原料である。本発明の実施形態は、限定するものではないが、任意の有機材料および混合物による、プラスチック、ポリマー、炭化水素、石油、石炭、頁岩、製油原料、ビチューメン、軽質油、タールマット、微粉炭、バイオマス、バイオマススラリー、およびバイオマス液体など、他の原料の転換に適用することもできる。好適にはバイオマス原料は乾燥木材原料であって、おがくず状のものでもよいが、液相または蒸気相の供給システムを代わりに用いて、液相および蒸気相（気相）のバイオマス材料を急速熱変換システム内で効果的に処理することもできる。使用可能なバイオマス原料材料としては、限定するものではないが、硬材、軟材、樹皮、農業残渣、林業残渣、および他のバイオマス炭素質原料が挙げられる。
【００２０】
図１は従来技術の反応器設計を示したものである。反応器設計１００は管状反応器１０１を含み、管状反応器１０１の最低地点１０２ａから再循環ガスすなわちリフトガス１０２が入ってくる。再生された固体熱媒体１０３が若干上方の地点１０３ａから入り、また反応器供給液体１０４が最高地点１０４ａから導入される。反応器の上部から出てくるコークス化された／使用済みの固体熱媒体、生成物、および他の気体および微粒子１０５は、サイクロン分離器１０６に入り、ここで気体（生成蒸気および他の気体）と固体（固体熱媒体および微粒子）に分離される。生成蒸気および他の気体は、生成物１０７をさらに分離するためにプロセスの下流へと続いていく。固体流１０８は再加熱器系１０９に入り（図には描かれていないが、システム内に含まれている再加熱器系１０９は、通常の当業者には明らかであろう）、固体熱媒体が再生される。その後、再生された固体熱媒体１０３は、側面区域を通過し、反応器１０１に戻るよう移送される。
【００２１】
図２は、一実施の形態による、本システムで使用される例示的な反応器設計を示したものである。図１に描いた従来技術の反応器１００に類似して、反応器設計２００は、再循環ガスすなわちリフトガス２０２が最低地点２０２ａから入ってくる管状反応器２０１を含んでいる。再生された固体熱媒体２０３は若干上方の地点２０３ａから反応器２０１に入る。反応器供給液体２０４は、リフトガスの入口地点（２０２ａ）および固体熱媒体の入口地点（２０３ａ）に対して最高地点２０４ａから、供給ノズル２０４ｂを通って導入される。反応器の上部から出てくるコークス化された／使用済みの固体熱媒体、生成物、および他の気体および微粒子２０５は、サイクロン分離器２０６に入り、ここで気体（生成蒸気および他の気体）および固体（固体熱媒体および微粒子）に分離される。生成蒸気および他の気体は、生成物２０７をさらに分離するためにプロセスの下流へと続いていく。固体は反応器系２０８に再び入り、固体熱媒体が再生され、その後再生された固体熱媒体２０３は側面区域から反応器に戻るよう移送される。固体熱媒体の再生と反応器への移送とに関する具体的な方法は、本開示の範囲から逸脱することなく実施形態間で変形可能であることは通常の当業者には明らかであろう。
【００２２】
図１に描いた従来技術の反応器設計１００の性能は、特定の設備構成の有効性を示す特性により評価することができる。この特性とは、望ましい生成物およびあまり望ましくない生成物への、供給材料の分布や、最終生成物の物理的特性を示すものである。得られる生成物で望ましいものとは、熱分解プロセスで残存した炭化水素液体をいくらか含むものであり、これはこの液体を再生して最終生成物内に混合させることができる、すなわち再処理することができるためである。一方、その場所に応じて水蒸気または電気を生成するための天然ガスに取って代わるコークスおよび気体は、あまり望ましくない、より価値の低い材料である。
【００２３】
従来技術の設計１００を使用してアサバスカビチューメン原料の処理を行ったセットアップでは、反応器の温度が５２５℃（典型的な運転温度）に設定され、アサバスカビチューメン全原油（whole crude）のバナジウム含有量が２０９ｐｐｍ、かつラン（run）生成物のバナジウム含有量が８８ｐｐｍであり、さらにアサバスカビチューメン全原油のニッケル含有量が８６ｐｐｍ、かつラン生成物のニッケル含有量が２４ｐｐｍであった。表１は得られた特性を示したものである。
【表１】
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【００２４】
表１に示した特性は、本開示を通じて、反応器の供給ノズルに重点を置いた設計比較の基準値としての役割を果たす。この基準値は、米国特許第７，５７２，３６５号明細書による評価基準に関するものであり、必ずしも直接の比較のためのものではないことは明らかであろう。
【００２５】
図３は、一実施の形態による、本システムで使用される例示的な反応器構成を示したものである。反応器３０１は、上端３０１ｂおよび下端３０１ａを有する鉛直の管状容器である。再利用される生成ガス（リフトガス）３０２は、最低地点３０２ａで極下端３０１ａから反応器に入るように設計されている。再生された固体熱媒体３０３は若干上方の地点３０３ａから反応器３０１に入り、さらに最後に重質油供給物３０４が固体熱媒体入口３０３ａの上方の地点３０４ａで供給ノズル３０４ｂから反応器３０１に入る。
【００２６】
リフトガスは、まずパイプから出て、下部にボウルを備えた短い円筒状構造であり管状反応器３０１のすぐ下に作られた、ウインドボックス３０５に入る。一実施の形態によれば、ウインドボックス３０５の円筒部は直径１４インチ（３５．５６ｃｍ）に及び、フランジ３０７および３０８を介して直径４インチ（１０．１６ｃｍ）の管状反応器３０１の下端３０１ａに接続されている。分配プレート３０６が反応器の下端３０１ａとウインドボックス３０５との間に位置し、フランジ３０７および３０８によって共に保持されている。リフトガス３０２はウインドボックス３０５を出ると、分配プレート３０６を通過して直径４インチ（１０．１６ｃｍ）の反応器３０１内に入る。分配プレート３０６は、反応器３０１に入るリフトガス３０２の流れ特性を、分配プレート３０６の孔の構成を通して変更する。
【００２７】
図４および５は、従来技術の供給ノズル設計を示している。図６は、反応器内の従来技術の供給ノズル構成の底面図を示している。従来技術の供給ノズル設計４００は、管状反応器２０１に水平に挿入された供給ノズル４０１を含む。供給ノズル４０１は、リフトガスおよび固体熱媒体４０２の鉛直な流れ方向に対して垂直（直角すなわち９０°）に位置付けられる。供給ノズル４０１は、反応器２０１のおよそ半径の距離だけ延在している。供給物は、供給物噴霧４０３を生成する供給ノズル４０１から出て、固体熱媒体と接触しない供給物噴霧４０３の一部分４０４が、供給ノズル４０１に対向する反応器２０１の壁に接触する。
【００２８】
図７Ａは、従来技術の供給ノズルの側面図を示している。図７Ｂは従来技術の供給ノズルの前面または上面図を示している。従来技術の供給ノズル７００は、外径（ＯＤ）が０．２５（１／４）インチ（０．６３５ｃｍ）かつ内径（ＩＤ）が０．１５インチ（０．３８１ｃｍ）（壁厚０．０５インチ（０．１２７ｃｍ））の、ステンレス鋼製の端部閉口管７０１を含む。この１／４インチ（０．６３５ｃｍ）管７０１は、熱シールド７０２内に入れられている。熱シールド７０２は、ＯＤが０．５インチ（１．２７ｃｍ）かつＩＤが０．４インチ（１．０１６ｃｍ）（壁厚０．０５インチ（０．１２７ｃｍ））の、より大きい端部閉口管である。外側管の端部から０．３７５（３／８）インチ（０．９５２５ｃｍ）の位置で、直径０．１５６３（５／３２）インチ（０．３９７ｃｍ）の孔７０３が内側管７０１上に加工されてノズルの排出孔７０３として働き、さらに直径０．３７５（３／８）インチ（０．９５２５ｃｍ）の孔７０４が、熱シールド７０２上のノズル排出孔７０３のすぐ上に加工されている。内側孔７０３および外側孔７０４の両方の形状は円形である。図７Ｃは熱シールドを備えていない従来技術の供給ノズルの内側管を示し、さらに図７Ｄは、従来技術の供給ノズルの熱シールドを示している。
【００２９】
反応器供給ノズルの性能を評価する１つの方法は、供給材料を固体熱媒体粒子に分散させる能力を評価するものである。供給ノズルから排出された液体流の噴霧パターンを観察することによって、性能を大まかに評価することができる。
【００３０】
図８Ａおよび８Ｂは、図７Ａ〜７Ｄに示した従来技術の供給ノズル設計によって生成される噴霧パターンを示している。
【００３１】
図８Ａおよび８Ｂに見られるように、供給ノズル７００からの液体排出流は、おおよそ円錐状の一般的な噴霧パターンを呈する。この一般的な噴霧パターンは、液体がノズル７００からさらに離れるよう進むときに液体を広げるのに十分な容積が与えられれば、ノズル７００が液体をより細かい液滴に適切に分散させることができることを示している。さらに詳しく調べると、液体排出流の大部分は、一般的な噴霧パターン（円錐形）の前半分付近に集中していることが分かる。点線は、一般的な噴霧流８０１の輪郭を描いたものであり、また実線はバルク液体噴霧流８０２の輪郭を描いたものである。
【００３２】
ノズル７００は液体流を分散させることができるが、より多くの液体を、供給ノズルポートに対向する反応器壁の側面に向けて噴霧する。これは恐らく、液体がノズル７００の導管の側面の排出孔７０４を通ってノズル７００から出るまでの間に、ノズル７００を通過する液体の流れが、その流れを鉛直に方向転換させ得る区域を全く通らず、水平のままであるという事実によるものであろう。
【００３３】
図９は、図７Ａ〜７Ｄに示したような従来技術の供給ノズルにより生成された不均等な噴霧パターンに起因する不備を示したものである。得られた固体の蓄積９０１の大きさは、従来技術の供給ノズル７００の噴霧パターンを示している。供給油材料から反応器壁上に堆積される微細な固体の被覆によって、引続き固体が蓄積し、さらに反応生成物が生じることが知られている。すなわち、供給物と反応器壁表面との間の任意の直接の接触を減らすことが望ましい。従来技術の供給ノズル７００は、供給油材料をより小さい液滴へと分散させて、流動固体熱媒体粒子との混合および熱伝達を助けることができるが、これは分散した液滴を大量に散布することによってなされる。内径４インチ（１０．１６ｃｍ）の例示の反応器内では利用可能な容積が限定されているため、微細な固体材料を含むかなりの量の供給油が反応器壁上に噴霧される。
【００３４】
供給ノズルの性能を評価する別の方法は、ノズルから排出された液体の液滴サイズを判定するものである。この目的のために、窒素を使用している反応器への供給物の分散を特徴付けるパラメータに関する調査を、水およびＮ2ガスを使用して周囲条件で行った。各実験のランにおいて、特有の液滴サイズ分布が示された。噴霧ノズル（最も代表的なノズル７００）内の２つの相の流れに対し、El-ShanawanyおよびLefebvreの相関を用いて、夫々の液滴サイズ分布の主なパラメータを計算した。使用されたデータおよび水の液滴サイズ分布の結果を表２に示す。
【００３５】
検証ランにおいて見られる液滴のスペクトルを特徴付けるために、カイ二乗分布が通常この種の実験では使用される。
【表２】
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【００３６】
水滴サイズ分布データを基準として使用すると、反応器条件でのアサバスカビチューメンの粘度および表面張力を適用することによって、アサバスカビチューメン油の液滴サイズ分布が推定される。また、供給物は高速で注入され、かつバルク流体は噴霧されるまで周囲と熱交換するような熱伝達エリアをほとんど有していないため、２５０℃を平均温度としてアサバスカビチューメンおよび窒素の特性を評価した。使用されたデータおよびアサバスカビチューメン油の液滴サイズ分布に対する結果を表３に示す。
【表３】
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【００３７】
粒子サイズ分析から、このプロセスにおいて使用される固体熱媒体（オタワＦ−１７サンド；Ottawa F-17 sand）の平均（ザウター径）はおよそ３６０μｍであるということが判定された。表３に示されている通常のラン条件（供給物流量３０〜６０ｌｂ／ｈ（１３．６１〜２７．２２ｋｇ／ｈ）かつＮ2流量２〜４ｌｂ／ｈ（０．９０７〜１．８１４ｋｇ／ｈ））によると、ノズル７００は、固体熱媒体のサイズよりも小さい液滴サイズを、流量５０．２ｌｂ／ｈ（２２．７７ｋｇ／ｈ）および３５．１ｌｂ／ｈ（１５．９２ｋｇ／ｈ）、分散窒素流量３ｌｂ／ｈ（１．３６１ｋｇ／ｈ）および４ｌｂ／ｈ（１．８１４ｋｇ／ｈ）で生み出すことができる。しかしながら、最も一般的なラン条件（Ｎ2流量２ｌｂ／ｈ（０．９０７ｋｇ／ｈ））では、ノズル７００は固体熱媒体の２倍の直径を有する液滴を生成することができるのみである。
【００３８】
理論的には、熱分解の目的に対し、液滴サイズが固体熱媒体のサイズよりも小さいと、より効率的な熱伝達がもたらされる。これは、各液滴の容積に対する表面積比が高くなることや、各固体熱媒体粒子が多くの基材（液滴）と相互に作用する可能性が高くなるためである。表４はこの理論を示している。
【表４】
2014504952.tif 000006
【００３９】
熱分解プロセスの効率を最大にするためには、反応器供給油と流動固体熱媒体粒子とを最大限混合させると同時に、反応器供給油および微細固体の反応器内壁上への噴霧を低減させることが好ましい。従って本書では、反応器供給油の一般的な排出方向が流動固体熱媒体の流れ方向に平行（鉛直の管状反応器を通って上向き）であり、排出地点（供給油の入口）が反応器断面の中心に位置するような、供給ノズルが開示される。
【００４０】
図１０Ａは、一実施の形態による、例示的な改良された反応器供給ノズルの側面図を示している。図１０Ｂは、一実施の形態による、例示的な改良された反応器供給ノズルの前面または上面図を示している。改良された反応器供給ノズル１０００は、外径（ＯＤ）および内径（ＩＤ）を有する、ステンレス鋼製の端部閉口内側管１００１を含む。内側管１００１は、熱シールド１００２内に入れられている。熱シールド１００２は外径（ＯＤ2）および内径（ＩＤ1）を有し、内側管１００１よりも大きい端部閉口管である。外側管すなわち熱シールド１００２の端部１００２ａから既定の長さの位置に、直径ｄiの孔１００３が内側管１００１上に加工され、ノズル１０００の排出孔としての機能を果たす。直径ｄoの孔１００４が、ノズル排出孔１００３の真上で熱シールド１００２上に加工される。
【００４１】
排出孔１００３は、（一例として）直径０．１５６３インチ（０．３９７ｃｍ）の円形孔１００６の周りに加工された、直径ｄh（この例では直径０．０３１２５（１／３２）インチ（０．０７９ｃｍ））の半円孔１００５（または「花弁」）をさらに８個含んで、（この例では）８つの花弁が均一に分布したクローバーに似た最終的なノズル排出孔１００３の形状を形成している。クローバー形状のノズル排出孔１００３は、このクローバーの尖ったエッジを使用して液体を分散させるように設計されている。
【００４２】
図１１Ａは、一実施の形態による、例示的な改良された反応器供給ノズルの内側管の側面図を示している。図１１Ｂは、一実施の形態による、例示的な改良された反応器供給ノズルの内側管の前面または上面図を示している。図１１Ｃは、一実施の形態による、熱シールドを備えた例示的な改良された反応器供給ノズルの前面または上面図を示している。
【００４３】
図１２Ａおよび１２Ｂは、図１０Ａ〜１１Ｃの例示的な改良された反応器供給ノズルにより生成された例示的な噴霧パターンの分析を示している。
【００４４】
ノズル１０００からの液体排出流は、ノズル１０００の先端部から外へと向かって延びた、不規則な円錐形に似た一般的な噴霧パターン１２０１を呈している。ノズル１０００からの液体排出の全容積でカバーされる、より幅広の一般的な噴霧容積と、液体排出流の大部分から成るより狭い噴霧容積とが存在する。改良されたノズル１０００では、一般的な噴霧流１２０３（点線）は、バルク噴霧流１２０２（実線）よりもわずかに幅広であるに過ぎず、すなわちより多くの液体がバルク噴霧流１２０２内またはその付近に含まれる。ただし、バルク噴霧流１２０２内の液体は、適切かつ均一に分散されているように見える。これはクローバー形状のノズル排出孔によるものであり得、この場合、孔のエリアを拡張することで、ノズルのオリフィス効果によって液体が広く広がって分散されるのを抑えることができ、同時にクローバーの尖ったエッジによってバルク液体流が細分化される。均一な分散は、より多くの割合の供給液体をより小さい液滴サイズへと分散させることに寄与し、これは熱分解のセットアップでは、より効率的な熱伝達のために好まれる。
【００４５】
バルク噴霧流の外縁１２０２では液体がより少なくなるため、改良された供給ノズル１０００が反応器内壁の側面に対して噴霧する液体原料からの微細固体は潜在的に少なくなる。しかしながら、円錐形の噴霧パターンが不規則であるために、ノズル１０００が排出液体の多くを供給ノズルポートに対向する反応器壁の側面に向けて噴霧することにもなるという事実により、これは相殺されてしまう。重質油原料を反応器内壁に噴霧することは反応器システムでは望ましくなく、というのも原料からの微細固体が壁上で極微細な溝に捉えられ、移動不能となって蓄積され、最終的にいくらかの反応生成物を含むサイズの増した固体となって増大するためである。
【００４６】
図１３Ａは、一実施の形態による、例示的な改良された供給ノズルの側面図を示している。図１３Ｂは、一実施の形態による、例示的な改良された供給ノズルの前面または上面図を示している。例示的な供給ノズル１３００は、ステンレス鋼製の熱シールド１３０２（この例では、そのＯＤが０．５インチ（１．２７ｃｍ）かつＩＤが０．４インチ（１．０１６ｃｍ））内に入れられた、ステンレス鋼製の内側管１３０１（この例では、そのＯＤが０．２５インチ（０．６３５ｃｍ）かつＩＤが０．１５インチ（０．３８１ｃｍ））を含む。外側管すなわち熱シールド１３０２の端部１３０５から既定の長さ（この例では、３／８インチ（０．９５２５ｃｍ））の位置で、円形孔１３０３（この例では、直径０．０９３８インチ（０．２３８ｃｍ）を有する）が内側管１３０１上に加工され、ノズルの排出孔としての機能を果たす。円形孔１３０４（この例では、直径０．３７５インチ（０．９５２５ｃｍ）を有する）が、ノズル排出孔１３０３の真上で熱シールド１３０２上に加工される。
【００４７】
図１４は、図１３Ａおよび１３Ｂによる例示的な反応器供給ノズルの噴霧パターンを示している。図１４は、ノズル１３００からの液体排出流１４０３が、ほとんど分散を示さない狭い範囲にあるバルク液体流を含んだ、一般的な噴霧パターン１４０１を呈し、微細な分散をあまり含んでいない液体の小塊から成るより幅広の一般的な噴霧流の状態であることを示している。ノズル１３００からの液体排出の流路１４０１は完全な鉛直（地面に対して垂直）ではなく、ノズル先端部から離れて流れるよう傾斜している。地面に垂直な鉛直ライン１４０２が参照のために図示されている。
【００４８】
ノズル１３００が提供する液体はほとんど分散されていないが、流量が低い可能性がある。流量が低いとノズルから排出される液体の乱流が減少し、液体はあまり細分化されずに反応器環境に入り得る。流れ１４０３はさらに、恐らく排出孔がより小さいために狭い範囲にあり、これが排出孔を通る液体の表面的な速度をより速くする。より高速であることから、液体流の大部分は上方への運動量をより長く維持することができるため、分散が多くなる前にバルク液体流はより高い位置にそのまま到達する。ノズル１３００はさらに、より多くの液体を、供給物のノズルポートに対向する反応器壁の側面に向けて噴霧する。これは恐らく、液体がノズルの導管の側面の排出孔を通ってノズルから出るまでの間に、ノズル１３００を通過する液体の流れが、その流れを方向転換させ得る区域を全く通らず、水平のままであるという事実によるものであろう。
【００４９】
図１５Ａは、一実施の形態による、さらなる例示的な改良された反応器供給ノズルの側面図を示している。図１５Ｂは、一実施の形態による、さらなる例示的な改良された反応器供給ノズルの前面または上面図を示している。例示的なノズル１５００は、ステンレス鋼製の内側管１５０１（この例では、そのＯＤが０．２５インチ（０．６３５ｃｍ）かつＩＤが０．１７９インチ（０．４５４７ｃｍ））を含み、このステンレス鋼製の内側管１５０１は、ステンレス鋼製の熱シールド１５０２内に入れられている。ノズル１５００は、ノズルの水平な流路１５０１からわずかな下り勾配１５０４で（角度α１５０６で）溶接先端部１５０３のある長さまで（この例では、先端から長さ０．２５８インチ（０．６５５ｃｍ）まで）延在する溶接先端部１５０３を有する。流路はその後、角度θ１５０５（この例ではθ＝９０°）だけ向きを変え、ノズル排出孔１５０７を出る前に短い鉛直区域１５０８に入る。鉛直区域１５０８は液体排出流を反応器の管の中心に向かって導き、一方水平流路のわずかな下り勾配１５０４によって、鉛直区域１５０８の長さを最大にするための距離が作り出される。
【００５０】
鉛直区域１５０８は、最大で排出孔１５０７までの直径（この例では０．１５６３インチ（０．３９７ｃｍ））を有する。排出孔１５０７は、星型八角形パターン１５０９に成形されている。星型１５０９の排出孔１５０７は液体流を分散させて、鉛直区域１５０８により生成された、より凝縮されたジェット流を補正する。
【００５１】
図１６は、図１５Ａおよび１５Ｂによる例示的な反応器供給ノズルの噴霧パターンを示している。図１６は、ノズル１５００先端部の鉛直区域１５０８によって、ノズル１５００で生成される噴霧の方向１６０１が地面と完全に垂直な方向にごく近くなることを示している。しかしながら、同じく流れを真っ直ぐにするよう機能する鉛直区域１５０８によって、ノズル１５００で生成される噴霧パターン１６０２は、バルク液体ジェット外縁で液体が分散する兆候をあまり示さない狭い範囲のものとなる。
【００５２】
図１６は、ノズル１５００を使用すると、供給油材料の反応器内壁上への噴霧が最小になり得ることを示している。より鉛直でありかつより狭い範囲の流れが組み合わさることによって、より多くの供給油材料をより長時間の間、反応器壁から離れた状態とすることができ、すなわち供給油材料と流動固体熱媒体とを混合させる可能性を増加させることができる。しかしながら、ノズル１５００から出てくるこの狭い範囲の凝縮された流体ジェットでは、小さい液滴サイズを生成するような液体の分散が明らかに得られないため、熱分解における最も効率的な手法とはなり得ない。
【００５３】
図１７Ａは、一実施の形態による、さらなる例示的な改良された反応器供給ノズルの側面図を示している。図１７Ｂは、一実施の形態による、さらなる例示的な改良された反応器供給ノズルの前面または上面図を示している。例示的な供給ノズル１７００は、ステンレス鋼製の熱シールド１７０２内に入れられた、ステンレス鋼製の内側管１７０１（この例では、そのＯＤが０．２５インチ（０．６３５ｃｍ）かつＩＤが０．１５０インチ（０．３８１ｃｍ））を含む。ノズル１７００は、ノズル１７００の水平な流路をわずかな下り勾配１７０４へと（角度α１７０６で）延長させる溶接先端部１７０３を含む。流路はその後、角度θ１７０５（この例ではθ＝４５°）だけ向きを変えた後に、ノズル排出孔１７０７を出る。斜めの区域１７０８は、最大で排出孔１７０７までの直径（この例では、その直径は０．１５６３インチ（０．３９７ｃｍ））を有する。斜めの区域１７０８は４５°の角度（θ１７０５）で途切れるため、排出孔１７０７は長円形状１７０９となる。斜めの区域１７０８は液体排出流をノズル１７００に対向する反応器内壁に向かって導き、一方水平流路のわずかな下り勾配１７０４によって、斜めの区域１７０８の長さを最大にするための距離が作り出される。
【００５４】
ノズル１７００より生成される噴霧経路のために、液体原料の壁への噴霧を最小にするよう反応器壁とノズル排出孔１７０７との間の距離は増加され得る。従って、排出孔１７０７が位置しているノズル１７００の極前部のみが、実際には反応器内に突出する。
【００５５】
図１８は、図１７Ａおよび１７Ｂによる例示的な反応器供給ノズルの噴霧パターンを示している。図１８は、ノズル１７００が、全体的に狭い範囲の噴霧パターン１８０３と、水平に対しておよそ４５°の角度の一般的な噴霧方向１８０２とを生じさせることを示している。これは斜めの区域１７０８や円形の排出孔１７０７の、流れを真っ直ぐにする効果に起因し得る。液体が排出地点からさらに離れると、ノズル１７００からの液体排出１８０１は分散する兆候が見られる。ノズル排出孔１７０７を対向する壁からできるだけ離して位置付けることと組み合わせると、液体流の水平移動距離が最大になり、ノズル１７００のセットアップは潜在的に供給物と固体熱媒体とを高度に混合させることになる。
【００５６】
図１９は、従来技術の反応器供給ノズルの２相の流れを示している。図２０Ａおよび２０Ｂに描かれている例示的なノズル２０００は、多相の流れを排除するものである。従来技術の供給ノズルの場合、供給ノズル内部に液体（供給油材料）と気体（Ｎ2ガス）とが同時に流れることによって、図１９に示されているように少なくとも２相の流れが生じる。Ｎ2ガスは、排出孔１９０３から排出されるかなり前に、供給油の流れ１９０２の中に注入１９０１される。
【００５７】
図２０Ａは、一実施の形態による、さらなる例示的な改良された反応器供給ノズルの側面図を示している。図２０Ｂは、一実施の形態による、さらなる例示的な改良された反応器供給ノズルの前面または上面図を示している。ノズル２０００では、液体流２００５および気体流２００４をノズル排出孔２００１まで分離したままにすることで、供給油とＮ2ガスとが早期に混合しないようにする。ノズル２０００は、円形の５／３２インチ（０．３９７ｃｍ）のノズル排出孔２００１と、さらに鉛直区域２００３を含む溶接された分散先端部２００２とを含んでいる。分散先端部２００２は２つの分離された流路を含み、１つは液体供給物２００５のためのものであり、もう１つは気体２００４のためのものであり、そして両方の流路が鉛直区域２００３へと出て、さらに鉛直区域２００３はノズル排出孔２００１へと出る。ノズル２０００は、液体供給路２００５を収容しかつ分散先端部２００２と結合される、ステンレス鋼製の内側管２００６（この例では、そのＯＤが０．２５インチ（０．６３５ｃｍ）かつＩＤが０．１７９インチ（０．４５４７ｃｍ））を有している（この例では、分散先端部２００２の位置で、０．１７９インチ（０．４５４７ｃｍ）の液体流路を通って流れが継続される）。内側管２００６は、より小さい気体流路２００４（この例では、そのＩＤは０．０６９インチ（０．１７５ｃｍ））をさらに収容する。気体流路２００４のより小さい断面積は、気体と液体とが交わる鉛直区域２００３内へのＮ2ガスの排出速度を増加させるように設計されたものである。液体内に衝突させるＮ2ガスをより高速にするのは、より大きい状態の液体の分散を、ノズル排出孔２００１から出るときにより細かい液滴へとさせるためである。鉛直区域２００３は、流れを反応器管の中心へと壁から離れるように導くために含まれる。内側管２００６は、ステンレス鋼製の熱シールド２００７内に入れられている。
【００５８】
図２１は、図２０Ａおよび２０Ｂによる例示的な反応器供給ノズルの噴霧パターンを示している。円形のノズル排出孔により、ノズル２０００の一般的な噴霧パターン２１０１は円錐形に略類似したものとなっている。分散先端部の鉛直区域により、ノズル２０００の一般的な噴霧方向は地面に対して垂直となる。この鉛直区域が流れを真っ直ぐにするよう作用するにも拘わらず、さらにノズル２０００により生み出される液体分散の度合いは大きなものとなる。この液体分散は、分散先端部において液相が気相と衝突することにより細分化されるためであろう。バルク液体流（実線）２１０３の領域と、バルク液体流の外側に分散された液体（点線）２１０２とが存在する。しかしながら、バルク液体流２１０３は、密度が最も大きい排出地点近傍でもかなりの液体分散を示しているため、その差異は最小である。
【００５９】
様々な反応器供給ノズルの反応器ランの特性への影響を検証した。その検証結果をここに記載する。基準値データを、必ずしも直接の比較のためではなく評価基準として提供する。アサバスカビチューメンは、カナダ、アルバータ州フォートマクマレー（Fort McMurray, Alberta）近傍のオイルサンドから生産された、非常に重質の油である。ベルリッジ（Belridge）は、カリフォルニア州ベーカーズフィールド（Bakersfield, California）近傍で生産された重質油である。ＥＨＯＳ（調査用重質油サンプル；Exploratory Heavy Oil Sample）は、技術実証のために提供された試掘井からのサンプルである。ＥＨＯＳサンプルは、最初の油田生産からのものであってその活動特有のものであり、また１つのサンプリング活動からのものであった。ＥＨＯＳサンプルは、そのサンプル自体の単に代表的なものである。ＵＨＯＳ（未確認重質油サンプル；Unidentified Heavy Oil Sample）は、供給源または発生源を指定せずに受け取った、重質油処理現場からのサンプルである。ＵＨＯＳは、技術実証のためのブラインドサンプルとして扱った。ＡＰＩ比重はＡＳＴＭ Ｄ７０に従って測定した。粘度はＡＳＴＭ Ｄ４４５に従って測定した。「Ｃ７Ａ」は以下の表におけるＣ７アスファルテンを表す。Ｃ７アスファルテンはＡＳＴＭ Ｄ３２７９に従って測定した。バナジウムおよびニッケルの含有量は、誘導結合プラズマ質量分析（Inductively Coupled Plasma Mass Spectroscopy；ＩＣＰ−ＭＳ）によりＡＳＴＭ Ｄ５１８５に従って測定した。沸点範囲は、高温模擬蒸留（High Temperature Simulated Distillation；ＨＴＳＤ）に基づいてＡＳＴＭ Ｄ６３５２に従って計算した。基準値の供給物および生成物に対する以下の表における沸点範囲は、米国特許第７，５７２，３６５号明細書に示されている蒸留カットポイントから推定した。以下の表において、「ｎｒ」は報告されなかった測定を表している。
【００６０】
表５は、アサバスカビチューメンランに対し同じ種類のリフトガス分配プレートと組み合わせた供給ノズルの一覧である。特定の構成の名目上のＡＰＩ比重および液体重量収率に基づいて、代表的ランを各構成に割り当てた。
【表５】
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【００６１】
本書で示される比較において、参照される基準値ランは上記の表１で示したデータを含む。また、ここで示される比較において、分配器Ｉは標準の従来技術によるリフトガス分配プレートの代表的なものである。参考のため、分配器Ｉは厚さ１／４インチ（０．６３５ｃｍ）および直径１８インチ（４５．７２ｃｍ）の円形のステンレス鋼製プレートである。分配器Ｉの中心区域には、１８５個の均一な直径１／１７インチ（０．１４９ｃｍ）の孔が設けられている。各孔は、プレート表面に垂直（９０°）に開けられ、正八角形に似た格子パターンで配置されている。孔の総面積Ａが０．５０２ｉｎ2（３．２３９ｃｍ2）である全１８５個の孔は、直径２．５８インチ（６．５５３ｃｍ）の単位円の中に集中している。
【００６２】
重質油原料を軽質の最終生成物に転換することを反応器システムの目標として、特定の構成に対する成功の度合いを、ランおよび生成物の測定可能な特性により判定する。
【００６３】
主となる重要なラン特性は、液相で残存する原料の割合として定義される、液体重量収率である。熱分解ユニット内には生成物が、液相、気相、および固相（コークス）で存在し得る。液体重量収率は高ければ高いほど良い。液体収率は、熱分解がもたらす最大の成果である。
【００６４】
液体収率の次に重要な生成物特性は、生成物の密度に関係がありかつ生成物の「軽さ」の目安を与える、ＡＰＩ比重である。ＡＰＩの値が高ければ高いほど、生成物はより軽質なものとなり、すなわちより成功度の高い熱分解プロセスが達成されたことになる。
【００６５】
興味深い他の生成物特性は、粘度、バナジウム除去、およびニッケル除去である。粘度は生成物の「濃さ（thickness）」を評価し、この粘度が生成物の移送能力の実際の目安となる。多くの場合、粘度の低下はＡＰＩよりも重要である。バナジウムおよびニッケルは、製油所の処理において有害な化学合成物を形成する２つの重要な金属であり、生成物内の含有量は少ないほど良い。
【００６６】
表６は、基準値ランや様々なアサバスカビチューメンランにおいて用いられた全原油の特性を示している。表７は、基準値ランや様々なアサバスカビチューメンランにおいて用いられた生成物（合成原油すなわちＳＣＯ）の特性を示している。表８は、基準値ランによる特性を様々なアサバスカビチューメンランによる特性と共にまとめたものである。
【表６】
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【表７】
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【表８】
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【００６７】
表８では、全ての４つのランが少なくとも１つの分野で、基準値、さらにノズル７００を超えて、改善を示していることが説明されている。従って、ノズル１５００、１７００、および２０００は全て、改良された供給ノズルである。
【００６８】
本反応器設計において、ノズル７００は最も基本的な一般的セットアップである。他の全てのノズルは、ノズル７００を改良するように作られている。従って、ノズル１５００、１７００、および２０００を、ノズル７００に対して評価する。
【表９】
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【表１０】
2014504952.tif 000012
【００６９】
表９に示した各供給ノズルにより生成されるラン特性に基づくと、ノズル１７００が液体保持力に関して非常に成功していることが実証され、一方ノズル１５００およびノズル２０００が次に高い液体収率を有しかつ互いに近い値となっている。従って、液体収率性能に基づくと、ノズル１５００およびノズル１７００はより好適な構成である。
【００７０】
表１０に示した各供給ノズルにより生成される生成物特性に基づくと、ノズル１５００はノズル７００、１７００、および２０００に比べ、全般に亘って優れた生成物特性を実証している。従って、生成物特性に基づくと、ノズル１５００は最も改良された供給ノズルである。
【００７１】
液体生成物の増加値が高いため、分配器Ｉを使用したアサバスカビチューメンランではノズル１７００が最も好適な供給ノズルである。
【００７２】
表１１は、ベルリッジ重質油サンプル（ＢＨＯＳ；Belridge Heavy Oil Sample）ランに対し同じ種類のリフトガス分配プレートと組み合わせた供給ノズルの一覧である。特定の構成の名目上のＡＰＩ比重および液体重量収率に基づいて、代表的ランを各構成に割り当てた。
【表１１】
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【００７３】
重質油原料を軽質の最終生成物に転換することを反応器システムの目標として、特定の構成に対する成功の度合いを、ランおよび生成物の測定可能な特性により判定する。表１２は、基準値ランや様々なベルリッジ重質油サンプル（ＢＨＯＳ）ランにおいて用いられた全原油の特性を示している。表１３は、基準値ランや様々なベルリッジ重質油サンプル（ＢＨＯＳ）ランにおいて用いられた生成物（合成原油すなわちＳＣＯ）の特性を示している。表１４は、基準値ランによる特性を様々なベルリッジ重質油サンプル（ＢＨＯＳ）ランによる特性と共にまとめたものである。
【表１２】
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【表１３】
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【表１４】
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【００７４】
表１４では、両方のランが少なくとも１つの分野で、基準値を超えて改善を示していることが説明されている。従って、ノズル７００および１３００の両方は、改良された供給ノズルである。
【００７５】
本反応器設計において、ノズル７００は標準の以前の設計を表している。他の全てのノズルは、ノズル７００を改良するよう作られている。従って、ノズル１３００をノズル７００に対して評価する。
【表１５】
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【表１６】
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【００７６】
表１５に示した各供給ノズルにより生成されるラン特性に基づくと、ノズル１３００の液体収率がより高くなっている。従って、ラン特性に基づくと、ノズル１３００はノズル７００よりも好適な構成である。
【００７７】
表１７は、未確認重質油サンプル（ＵＨＯＳ）ランに対し同じ種類のリフトガス分配プレートと組み合わせた供給ノズルの一覧である。特定の構成の名目上のＡＰＩ比重および液体重量収率に基づいて、代表的ランを各構成に割り当てた。
【表１７】
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【００７８】
重質油原料を軽質の最終生成物に転換することを反応器システムの目標として、特定の構成に対する成功の度合いを、ランおよび生成物の測定可能な特性により判定する。表１８は、基準値ランや様々な未確認重質油サンプル（ＵＨＯＳ）ランにおいて用いられた全原油の特性を示している。表１９は、基準値ランや様々な未確認重質油サンプル（ＵＨＯＳ）ランにおいて用いられた生成物（合成原油すなわちＳＣＯ）の特性を示している。表２０は、基準値ランによる特性を様々な未確認重質油サンプル（ＵＨＯＳ）ランによる特性と共にまとめたものである。
【表１８】
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【表１９】
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【表２０】
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【００７９】
表２０では、両方のランが少なくとも１つの分野で、標準の設計基準値を超えて改善を示していることが説明されている。従って、ノズル７００および２０００の両方は、好適な供給ノズルである。
【００８０】
本反応器設計において、ノズル７００は標準の以前の設計を表している。他の全てのノズルは、ノズル７００を改良するよう作られている。従って、ノズル２０００をノズル７００に対して評価する。
【表２１】
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【表２２】
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【００８１】
表２１に示した各供給ノズルにより生成されるラン特性に基づくと、ノズル２０００が液体保持力に関して非常に成功していることが実証される。従って、液体収率に基づくと、ノズル２０００はノズル７００よりも好適な供給ノズルである。
【００８２】
様々な構成の反応器供給ノズルおよびリフトガス分配プレートを検証した。本書で参照した各リフトガス分配プレートに関する完全な議論は、あらゆる目的のためにその全体が参照することにより本書に組み込まれる、米国特許出願第ＸＸ／ＸＸＸ，ＸＸＸ号明細書において得ることができる。表２３は、アサバスカビチューメンランにおいて使用された供給ノズルと分配プレートとの選択された組合せに番号を付してまとめたものである。特定の構成の名目上のＡＰＩ比重および液体重量収率に基づいて、代表的ランを各構成に割り当てた。
【表２３】
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【００８３】
表２４は、基準値ランや様々なアサバスカビチューメンラン構成において用いられた全原油の特性を示している。表２５は、様々なアサバスカビチューメンラン構成において用いられた生成物（ＳＣＯすなわち合成原油）の特性を示している。表２６は、様々なアサバスカビチューメンラン構成による特性をまとめたものである。
【表２４】
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【表２５】
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【表２６】
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【００８４】
表２６に示されているように、全ての５つの構成は少なくとも１つの分野で基準値を超えて改善を示している。従って、構成１、２、３、４、および５は全て好適な構成である。
【表２７】
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【表２８】
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【００８５】
表２７に示した各構成のラン特性に基づくと、構成２が液体保持力に関して非常に成功していることが実証される。この収率の数値は、構成２、３、４、および５の全ての液体収率が優れていることを示唆している。構成２は、液体収率がより高いことから、他の構成よりも明らかに優れている。
【００８６】
表２８に示した各構成の生成物特性に基づくと、構成２および３が全５つの構成で比較すると、全般に亘ってより優れた生成物特性を実証している。ＡＰＩ、粘度低下、重質留分の除去、アスファルテン除去、および金属除去に関し、構成２および３はほとんどまたは全ての分野において最も著しい改善を示している。
【００８７】
液体収率および生成物特性の両方の評価を組み合わせると、構成２のみが両分野において優れた性能を実証している。従って、構成２（ノズル１３００＋分配器８００の組合せ）がアサバスカランにとって最も好適な構成である。
【００８８】
表２９は、ベルリッジ重質油サンプル（ＢＨＯＳ）ランにおいて使用された供給ノズルと分配プレートとの組合せに番号を付してまとめたものである。特定の構成の名目上のＡＰＩ比重および液体重量収率に基づいて、代表的ランを各構成に割り当てた。
【表２９】
2014504952.tif 000031
【００８９】
表３０は、基準値ランや様々なＢＨＯＳラン構成において用いられた全原油の特性を示している。表３１は、様々なＢＨＯＳラン構成において用いられた生成物（ＳＣＯすなわち合成原油）の特性を示している。表３２は、様々なＢＨＯＳラン構成による特性をまとめたものである。
【表３０】
2014504952.tif 000032
【表３１】
2014504952.tif 000033
【表３２】
2014504952.tif 000034
【００９０】
表３３は、ＢＨＯＳラン構成のラン特性比較である。表３４は、ＢＨＯＳラン構成の生成物特性の比較である。
【表３３】
2014504952.tif 000035
【表３４】
2014504952.tif 000036
【００９１】
表３３に示した各構成のラン特性に基づくと、構成７が液体保持力に関して最も成功していることが実証される。この収率の数値は、構成７の液体収率が構成６および８よりも優れていることを示唆している。従って、ラン特性に基づくと、構成８がより好適な構成であり、これに構成６が続く。
【００９２】
表３４に示した各構成の生成物特性に基づくと、構成７はＡＰＩおよびアスファルテン除去の分野で優れた生成物特性を実証している。一方構成６は、粘度低下、金属除去、および重質留分除去において優れている。
【００９３】
ラン特性および生成物特性の両方の評価を組み合わせると、構成７のみが両分野において優れた性能を実証している。従って、構成７（ノズル７００＋分配器８００の組合せ）がＢＨＯＳランにとって最も好適な構成である。
【００９４】
表３５は、調査用重質油サンプル（ＥＨＯＳ）ランにおいて使用された供給ノズルと分配プレートとの組合せを記載して番号を付したものである。特定の構成の名目上のＡＰＩ比重および液体重量収率に基づいて、代表的ランを各構成に割り当てた。
【表３５】
2014504952.tif 000037
【００９５】
表３６は、基準値ランや様々なＥＨＯＳラン構成に用いられた全原油の特性を示している。表３７は、様々なＥＨＯＳラン構成において用いられた生成物（ＳＣＯすなわち合成原油）の特性を示している。表３８は、様々なＥＨＯＳラン構成による特性をまとめたものである。
【表３６】
2014504952.tif 000038
【表３７】
2014504952.tif 000039
【表３８】
2014504952.tif 000040
【００９６】
表３９は、ＥＨＯＳラン構成のラン特性比較である。表４０は、ＥＨＯＳラン構成の生成物特性の比較である。
【表３９】
2014504952.tif 000041
【表４０】
2014504952.tif 000042
【００９７】
表３９に示した各構成のラン特性に基づくと、構成１０が液体保持力に関して最も成功していることが実証される。この収率の数値は、構成１０の液体収率が構成９および１１よりもはるかに優れていることを示唆している。従って、構成１０は、より好適な構成である。
【００９８】
表４０に示した各構成の生成物特性に基づくと、構成９および１０の両方は全般に亘って優れた生成物特性を実証している。構成９は粘度低下、重質材料除去、および金属除去において最も良いが、構成１０はＡＰＩおよびアスファルテン除去において最も良い。構成１０は、最高値ではない分野でも、依然として他の２構成に同程度に近い。
【００９９】
ラン特性および生成物特性の両方の評価を組み合わせると、構成１０のみが両分野において優れた性能を実証している。従って、構成１０（ノズル７００＋分配器１１００の組合せ）がＥＨＯＳランにとって最も好適な構成である。
【０１００】
表４１は、未確認重質油サンプル（ＵＨＯＳ）ランにおいて使用された供給ノズルと分配プレートとの組合せを記載して番号を付したものである。特定の構成の名目上のＡＰＩ比重および液体重量収率に基づいて、代表的ランを各構成に割り当てた。
【表４１】
2014504952.tif 000043
【０１０１】
表４２は、基準値ランや様々なＵＨＯＳラン構成に用いられた全原油の特性を示している。表４３は、様々なＵＨＯＳラン構成において用いられた生成物（ＳＣＯすなわち合成原油）の特性を示している。表４４は、様々なＵＨＯＳラン構成による特性をまとめたものである。
【表４２】
2014504952.tif 000044
【表４３】
2014504952.tif 000045
【表４４】
2014504952.tif 000046
【０１０２】
表４５は、ＵＨＯＳラン構成の全原油基準ラン特性比較である。表４６は、ＵＨＯＳラン構成の生成物特性の比較である。
【表４５】
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【表４６】
2014504952.tif 000048
【０１０３】
表４５に示した各構成のラン特性に基づくと、構成１５が液体保持力に関して非常に成功していることが実証される。従って、構成１５はより好適である。
【０１０４】
表４６に示した各構成の生成物特性に基づくと、構成１４が全般に亘って優れた生成物特性を実証し、これに構成１５が続く。
【０１０５】
液体収率および生成物特性の評価を組み合わせると、液体容積収率がより高いことから構成１５が非常に好ましい。従って、構成１５（ノズル２０００＋分配器４００の組合せ）がＵＨＯＳランにとって最も好適な構成である。
【０１０６】
上記の説明においては、本開示を完全に理解できるよう、単に説明のために特定の用語を明記している。しかしながら、これらの具体的な詳細は、本開示の教示を実施するために必須のものではないことは当業者には明らかであろう。
【０１０７】
さらに、本教示のさらなる有用な実施形態を提供するために、具体的に、また明確に列挙されていないやり方で、代表例および従属する請求項の種々の特徴を組み合わせてもよい。値の範囲や要素の群を示しているものは全て、本来の開示のために、また請求される主題を制限するために、全ての可能性のある中間値または中間的要素を開示していることも明確に留意されたい。また、図面に示されている構成要素の寸法および形状は、本教示がどのように実施されるかを理解する助けとなるように描かれたものであり、その例で示されている寸法および形状に限定することを意図したものではないことも明確に留意されたい。
【０１０８】
改良された反応器供給ノズルを開示してきた。本書で説明した実施形態は、説明のためのものであり、本開示の主題を限定するものであると見なされるべきではないことを理解されたい。本発明の範囲または精神から逸脱することのない、種々の改変、用途、置換え、組合せ、改良、製造方法が、当業者には明らかであろう。
【符号の説明】
【０１０９】
２０１、３０１    反応器
２０２、３０２    リフトガス
２０３、３０３    固体熱媒体
２０４    反応器供給液体
２０４ｂ、３０４ｂ    供給ノズル
２０７    生成物
３０４    重質油供給物
３０５    ウインドボックス
３０６    分配プレート
１５００、１７００    ノズル
１５０１、１７０１    内側管
１５０２、１７０２    熱シールド
１５０３、１７０３    溶接先端部
１５０４、１７０４    下り勾配
１５０７、１７０７    ノズル排出孔
１５０８    鉛直区域
１５０９    星型八角形パターン
１７０８    斜めの区域
１７０９    長円形状
【図１】
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【図２】
2014504952.tif 000050
【図３】
2014504952.tif 000051
【図４】
2014504952.tif 000052
【図５】
2014504952.tif 000053
【図６】
2014504952.tif 000054
【図７Ａ】
2014504952.tif 000055
【図７Ｂ】
2014504952.tif 000056
【図７Ｃ】
2014504952.tif 000057
【図７Ｄ】
2014504952.tif 000058
【図８Ａ】
2014504952.tif 000059
【図８Ｂ】
2014504952.tif 000060
【図９】
2014504952.tif 000061
【図１０Ａ】
2014504952.tif 000062
【図１０Ｂ】
2014504952.tif 000063
【図１１Ａ】
2014504952.tif 000064
【図１１Ｂ】
2014504952.tif 000065
【図１１Ｃ】
2014504952.tif 000066
【図１２Ａ】
2014504952.tif 000067
【図１２Ｂ】
2014504952.tif 000068
【図１３Ａ】
2014504952.tif 000069
【図１３Ｂ】
2014504952.tif 000070
【図１４】
2014504952.tif 000071
【図１５Ａ】
2014504952.tif 000072
【図１５Ｂ】
2014504952.tif 000073
【図１６】
2014504952.tif 000074
【図１７Ａ】
2014504952.tif 000075
【図１７Ｂ】
2014504952.tif 000076
【図１８】
2014504952.tif 000077
【図１９】
2014504952.tif 000078
【図２０Ａ】
2014504952.tif 000079
【図２０Ｂ】
2014504952.tif 000080
【図２１】
2014504952.tif 000081
【国際調査報告】
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