(57)【要約】液体のアトマイジング方法には、液体および気体からなる二相流体混合物を、圧力下に形成し、流体を二つの別個のストリームに分けて、衝突混合域（２２）中に送ってそこを通し、そこで衝突混合されて二相流体の単一ストリームが形成されることが含まれる。次いで、混合された単一ストリームは、せん断混合域（２４）中に送られてそこを通り、続いてより低圧の膨張域（３０）中に送られる、そこでアトマイジングが生じ、液体のアトマイジングされた液滴噴霧が形成される。衝突（２２）およびせん断（２４）混合域には、それぞれノズル（１０）内に単一のキャビティ（１４）のそれぞれ上流部（１６）および下流部（１８）が含まれる。これは、ＦＣＣプロセスにおいて高温油をアトマイジングするのに有用である。【選択図】図７
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
（ａ）気相および液相からなる二相流体の少なくとも二つのストリームを形成し、その際前記液相がＦＣＣ原料を含む工程、
（ｂ）前記ストリームを衝突混合域に送り、そこで各ストリームの少なくとも一部分が他のストリームの少なくとも一部分と衝突し、そして衝突されるストリーム間の含み角は約１２０゜および２４０゜の間にあり、それによって単一の混合ストリームを形成する工程、
（ｃ）前記単一の混合ストリームをせん断混合域に送り、せん断混合力を前記単一の混合ストリームに付与して、せん断混合ストリームを形成する工程、
（ｄ）前記せん断混合ストリームをアトマイジング域に送り、前記気相が膨張して前記液相の表面積を増加し、それによって液体原料の液滴噴霧を形成する工程、
（ｅ）前記液体原料の液滴噴霧をＦＣＣ反応域中に送る工程、および
（ｆ）前記液体原料の液滴を接触分解条件下に接触分解触媒と接触させる工程
を含むことを特徴とする接触分解方法。
【請求項２】
気相ストリームを液相ストリームと組合わせて、前記二相流体を形成する工程を、さらに含むことを特徴とする請求項１に記載の接触分解方法。
【請求項３】
前記気相は、スチームを含むことを特徴とする請求項１に記載の接触分解方法。
【請求項４】
接触分解反応のより低沸点の生成物を回収する工程を、さらに含むことを特徴とする請求項１に記載の接触分解方法。
【請求項５】
より低沸点の生成物を前記接触分解触媒から分離する工程を、さらに含むことを特徴とする請求項１に記載の接触分解方法。
【請求項６】
前記接触分解触媒をストリッピングする工程を、さらに含むことを特徴とする請求項１に記載の接触分解方法。
【請求項７】
前記接触分解触媒を再生し、前記接触分解触媒を前記反応域に循環する工程を、さらに含むことを特徴とする請求項１に記載の接触分解方法。
【請求項８】
前記衝突域および前記せん断混合域は、
（ｉ）流体入口および流体出口を含み、前記衝突混合域および前記せん断混合域を定めるように形成され、前記域が前記入口および前記出口の間に配置され、さらに前記流体入口は流入する流体ストリームを少なくとも二つのストリームに分割出来るスプリッターを含む躯体、
（ｉｉ）少なくとも一つの衝突表面を含み、前記衝突表面は、前記衝突表面に接する流体ストリームの少なくとも一部分を、他の衝突されるストリームに衝突させるように形成される前記衝突混合表面、および
（ｉｉｉ）第一の寸法および第二の寸法によって定められる断面積を有し、その際前記第一の寸法は前記流体出口の方向に前記躯体を通る長手軸に沿って減少する前記せん断混合域
を含むノズル内に含まれることを特徴とする請求項１に記載の接触分解方法。
【請求項９】
衝突されるストリーム間の含み角は、約１７０゜〜約１９０゜の間にあることを特徴とする請求項１に記載の接触分解方法。
【請求項１０】
衝突されるストリーム間の含み角は、約１８０゜であることを特徴とする請求項１に記載の接触分解方法。
【請求項１１】
（ａ）気相および液相からなる二相流体の複数個のストリームを形成し、その際前記液相がＦＣＣ原料を含む工程、
（ｂ）各ストリームの少なくとも一部分を、他のストリームの少なくとも一部分と衝突させて、単一の混合ストリームを形成し、その際衝突されるストリーム間の含み角が約１２０゜〜２４０゜の間にある工程、
（ｃ）前記単一の混合ストリームをせん断混合力に付し、それによってせん断混合ストリームを形成する工程、
（ｄ）前記気相を前記せん断混合ストリーム内で膨張させ、それによって液体原料の液滴噴霧を形成する工程、および
（ｅ）前記液体原料の液滴を、接触分解条件下に接触分解触媒と接触させる工程を含むことを特徴とする接触分解方法。
【請求項１２】
衝突されるストリーム間の含み角は、約１７０゜および約１９０゜の間にあることを特徴とする請求項１１に記載の接触分解方法。
【請求項１３】
衝突されるストリーム間の含み角は、約１８０゜であることを特徴とする請求項１１に記載の接触分解方法。
【請求項１４】
気相ストリームを液相ストリームと組合わせて、前記二相流体を形成する工程を、さらに含むことを特徴とする請求項１２に記載の接触分解方法。
【請求項１５】
前記気相は、スチームを含むことを特徴とする請求項１４に記載の接触分解方法。
【請求項１６】
接触分解反応のより低沸点の生成物を回収する工程を、さらに含むことを特徴とする請求項１５に記載の接触分解方法。
【請求項１７】
より低沸点の生成物を前記接触分解触媒から分離する工程を、さらに含むことを特徴とする請求項１６に記載の接触分解方法。
【請求項１８】
前記接触分解触媒をストリッピングする工程を、さらに含むことを特徴とする請求項１７に記載の接触分解方法。
【請求項１９】
前記接触分解触媒を再生し、前記接触分解触媒を前記反応域に循環する工程を、さらに含むことを特徴とする請求項１８に記載の接触分解方法。
【請求項２０】
前記スプリッターは、それぞれ断面積を有する複数個の流体開口を含み、前記流体出口が、前記流体出口の断面積が前記流体開口の断面積の合計より少ない断面積を有することを特徴とする請求項８に記載の接触分解方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
発明の分野
本発明は、液体のアトマイジング方法およびその装置に関する。すなわち、高い通油量および低い圧力低下が求められる流動接触分解（ＦＣＣ）プロセスに組合わせて用いられる装置および方法である。本方法には、高温の原料油およびスチームなどの分散気体からなる二相流体混合物を形成し、流体混合物を二つの別個のストリームに分けて、これを圧力下に衝突混合域を通してせん断混合域に送り、ストリームを単一ストリームに再結合して、これをより低圧のアトマイジング域中に送り、そこでアトマイジングが生じてアトマイジングされた液滴噴霧が形成されることが含まれる。
【０００２】
発明の背景
流体のアトマイジングは、よく知られており、そして幅広く種々の用途およびプロセスに用いらる。これらには、エアゾルスプレー、農薬およびコーティングの用途、スプレー乾燥、加湿、混合、空調、および化学および石油精製プロセスが含まれる。多くの用途では、加圧された流体（アトマイジング剤の有無によらない）が、比較的小さなオリフィスを有するアトマイジングノズルを押し通される。アトマイジングは、オリフィスの下流側で起こり、そしてアトマイジングの程度は、オリフィスサイズ、オリフィスを横切る圧力低下、流体密度、粘度、および表面張力によって決まる。アトマイジングは、オリフィスサイズが減少し、圧力低下が増大するにつれて、増大し、液滴サイズは減少する。
【０００３】
比較的粘稠な流体が高い流速でアトマイジングされる程度を高めることは、とりわけＦＣＣプロセスで用いられるであろう重質石油原料に対して、特に魅力的である。ＦＣＣプロセスは、石油精製業において広く用いられ、主に高沸点石油が、ガソリン、ならびに灯油、ジェットおよびディーゼル燃料油、および加熱油などの中間留出油を含めて、より有用かつより低沸点の生成物に転化される。
【０００４】
ＦＣＣプロセスにおいては、多くの場合、予熱された原料は、スチームなどのアトマイジング促進流体と混合されて、原料のアトマイジングがアシストされる。アトマイジングされた原料は、ＦＣＣ反応域を含むライザーを通って流上する微粒子の高温分解触媒と接触する。反応域における油原料のより小さな液滴サイズは、特に残油などの重質原料物質をＦＣＣ原料中に組込んだ場合に、より多くの原料が有用な生成物に転化される結果をもたらす。いくつかの場合には、流上する触媒粒子に接触しない原料物質は、主としてメタンおよびコーク（一般的に望ましくない生成物）に熱分解する。したがって、アトマイジングされる油の液滴サイズを、好ましくはアトマイザーまたはノズルを横切って受入れ難くほどに高い圧力低下を伴うことなく、および／またはスチームまたは他のアトマイジング促進剤の量を増加することなく、減少させるための経済的に可能な手段を見出す努力が引続き試みられている。これらの努力の例は、米国特許第５，２８９，９７６号および同第５，１７３，１７５号に開示される。これらには、約４００〜１０００ミクロンの範囲の平均原料液滴サイズが示される。さらに、ＦＣＣプロセスの重質油原料、および同様に他のプロセスの他の流体を、より細かにアトマイジングする必要性がある。アトマイジングされる液体の液滴サイズが、３００ミクロン未満に低減されるであろう場合には、特に有用であろう。
【０００５】
発明の概要
本発明の一実施形態には、流体入口および流体出口を含む躯体を含む液体アトマイジング装置が含まれ、そしてこれは、衝突混合域およびせん断混合域を定めるように形成される。域は、入口および出口の間に配置される。流体入口には、流入する流体ストリームを少なくとも二つのストリームに分割するであろうスプリッターが含まれる。衝突混合域には、ある流体ストリームの少なくとも一部分を他の衝突されるストリームに衝突するように形成された少なくとも一つの衝突表面が含まれる。この場合、二つの衝突されるストリーム間の含み角は、約１２０゜〜２４０゜の間にある。せん断混合域は、第一の寸法および第二の寸法によって定められる断面積を有し、第一の寸法は流体出口の方向に躯体を通る長手軸に沿って減少する。
【０００６】
本発明の他の実施形態には、少なくとも一つの流体入口、少なくとも一つの流体出口、ならびに入口および出口の間に伸びる流体通路を含む躯体からなる液体アトマイジング装置が含まれる。通路は、衝突混合域、および衝突混合域の下流のせん断混合域を定める。また、通路は、躯体を通って伸びる長手軸に実質的に垂直であるように形成された少なくとも一つの衝突表面を定める。衝突表面は、通路を通って流れる流体の一部分に、放射上に内側方向の流れ（全体の流れ方向に対して垂直な方向で）を付与するように形成される。せん断混合域は、第一の寸法および第二の寸法によって定められる断面積を有し、第一の寸法は流体出口の方向に躯体を通る長手軸に沿って減少する。
【０００７】
本発明の他の実施形態には、（ａ）気相および液相からなる二相流体の少なくとも二つのストリームを形成する工程、（ｂ）ストリームを衝突混合域に送り、そこで各ストリームの少なくとも一部分が他のストリームの少なくとも一部分と衝突し、そして衝突されるストリーム間の含み角は約１７０゜および１９０゜の間にあり、単一の混合ストリームが形成される工程、（ｃ）単一の混合ストリームをせん断混合域に送り、せん断混合力を単一の混合ストリームに付与して、せん断混合ストリームを形成する工程、（ｄ）せん断混合ストリームをアトマイジング域に送り、その際気相が膨張して液相の表面積を増加し、それによって液滴噴霧を形成する工程を含む液滴噴霧を形成する方法が含まれる。
【０００８】
本発明の他の実施形態には、（ａ）気相および液相からなる二相流体の複数個のストリームを形成する工程、（ｂ）各ストリームの少なくとも一部分を、他のストリームの少なくとも一部分と衝突させて、単一の混合ストリームを形成し、その際衝突されるストリーム間の含み角は約１２０゜および２４０゜の間にある工程、（ｃ）単一の混合ストリームをせん断混合力に付し、それによってせん断混合ストリームを形成する工程、（ｄ）気相をせん断混合ストリーム内で膨張させ、それによって液体原料の液滴噴霧を形成する工程を含む液滴噴霧を形成する方法が含まれる。
【０００９】
本発明の他の実施形態には、（ａ）気相および液相からなる二相流体の少なくとも二つのストリームを形成し、液相はＦＣＣ原料を含む工程、（ｂ）ストリームを衝突混合域に送り、そこで各ストリームの少なくとも一部分が他のストリームの少なくとも一部分と衝突し、そして衝突されるストリーム間の含み角は約１２０゜および２４０゜の間にあり、それによって単一の混合ストリームを形成する工程、（ｃ）単一の混合ストリームをせん断混合域に送り、せん断混合力を単一の混合ストリームに付与して、せん断混合ストリームを形成する工程、（ｄ）せん断混合ストリームをアトマイジング域に送り、その際気相が膨張して液相の表面積を増加し、それによって液体原料の液滴噴霧を形成する工程、（ｅ）液体原料の液滴噴霧をＦＣＣ反応域中に送る工程、および（ｆ）液体原料の液滴を、接触分解条件下に接触分解触媒と接触させる工程を含む接触分解方法が含まれる。一実施形態においては、衝突域およびせん断混合域は、本明細書に記載のノズルの実施形態に含まれる。
【００１０】
本発明の他の実施形態には、（ａ）気相および液相からなる二相流体の複数個のストリームを形成し、液相はＦＣＣ原料を含む工程、（ｂ）各ストリームの少なくとも一部分を、他のストリームの少なくとも一部分と衝突させて、単一の混合ストリームを形成し、その際衝突されるストリーム間の含み角は、約１７０゜および１９０゜の間にある工程、（ｃ）単一の混合ストリームをせん断混合力に付し、それによってせん断混合ストリームを形成する工程、（ｄ）気相をせん断混合ストリーム内で膨張させ、それによって液体原料の液滴噴霧を形成する工程、および（ｅ）液体原料の液滴を、接触分解条件下に接触分解触媒と接触させる工程を含む接触分解方法が含まれる。
【００１１】
本発明の各方法および／または装置においては、衝突されるストリーム間の含み角は、より好ましくは約１７５゜および約１８０゜の間にあり、最も好ましくは約１８０゜である。
【００１２】
発明の詳細な説明
本明細書に用いられるように、流体が流れる領域または域の断面積は、図に示されるｘ軸に垂直な領域であり、その領域は、ｙ軸およびｚ軸の寸法によって定められる。本明細書に用いられるように、軸に「沿う」とは、図に示されるようにその軸に沿っているか、またはその軸に実質的に並行であることを意味する。本明細書に用いられるように、ノズル躯体、または流体通路の長手軸は、ｘ軸またはノズルを通る全体の流体流の軸に沿う。
【００１３】
ノズル１０中に供給される二相流体は、気体連続または液体連続であるか、または泡立った気泡であろう。この場合、片方または両方の相が連続しているかどうかは確実には知られない。これは、連続気泡スポンジおよび密閉気泡スポンジを引用してさらに理解されるであろう。スポンジは、典型的には空気：固体の容量比が１：１である。連続気泡スポンジは気体（空気）および固体の両方の連続であるが、密閉気泡スポンジは固体連続であり、それには不連続の（分散した）気体の気泡が含まれる。連続気泡スポンジにおいては、固体には、膜およびリガメント（例えば二相の気−液気泡または泡が存在するであろう）が含まれる。密閉気泡スポンジにおいては、気体は、不連続の気体小球が固体中に分散してなるであろう。いくつかのスポンジは、気相および液相からなる二相流体のいくつかのように、二つの中間にある。
【００１４】
気体連続であって、固体連続ではないスポンジを有することは不可能であるが、二相の気体および液体の流体（気体連続のみである）を有することは可能である。したがって、本発明の混合ノズル中に送られ、そこを通る流体の特定の形態は、常に確実に知られてはいない。ノズルに入る流体中には十分な気体が存在して、衝突およびせん断混合が液相の表面積を増大するであろう。これは、以下の低減に反映される。すなわち（ｉ）あらゆる液体の膜の厚さ、（ｉｉ）あらゆる液体の細流の厚さおよび／または長さ、および（ｉｉｉ）アトマイジング前またはアトマイジング中のいずれかにおける流体中のすべての液体小球のサイズである。実際問題として、ノズル１０における、および一つ以上のオリフィスを通る衝突およびせん断混合は、気相および液相からなる二相流体にのみ生じるであろう。
【００１５】
好ましくは、流体には、効率の良いせん断混合を得るために、容量基準で主として気体が含まれる（例えば容量測定で気体：液体の比率が少なくとも２：１）。ノズル１０を通って送られる単一相流体（例えば液体）は、動力学的エネルギーがノズル１０を横切る圧力低下に正比例して増大されるであろう。二相流体に関しては、気体速度は、次の場合に、液相の速度に比例して増大される。すなわち、（ｉ）衝突混合域２２において、（ｉｉ）せん断混合域２４において、および（ｉｉｉ）流体が、流体入口１４ａ（減圧オリフィス）の上流の流体導管よりも小さい断面積のオリフィスを通って送られる場合である。
【００１６】
気相および液相間の速度差により、特に高温のＦＣＣ原料油などの粘性液体との液体のリガメント化がもたらされる。リガメント化とは、液体が、伸びた小球、または細流を形成することを意味する。速度差は、せん断混合中に減少する。したがって、二相流体を減圧オリフィスを通して送ること、または二相流体を衝突混合域２２で混合することにより、気体および液体間に速度差が生じ、その速度差は、伸長されたリガメントおよび／または分散された液滴への液体のせん断に起因して、液体のリガメント化および／または液体の気体中への分散がもたらされる。液体のさらなるせん断は、流体がノズル１０の流体入口１４ａ（開口部２６、２６’）に入り、流体通路１４の内部に配置される一つ以上のアトマイジングオリフィスを通る際に生じる。また、さらなるせん断は、アトマイジングされた噴霧における究極の液滴サイズをますます減少させる。好ましくは、ノズル出口１４ｂ（オリフィス３０）の断面積は、流体開口２６、２６’の断面積の合計より小さい。
【００１７】
また、ノズル１０には、アトマイジング域６８が含まれるが、これはアトマイジングオリフィスの上流の圧力よりも低い圧力にある。域６８は、ノズル１０内に形成されるか、またはノズル１０に取付けられた噴霧分配器６４の部分とし形成されるであろう。したがって、アトマイジングオリフィスを通って送られる流体中の気体は、急速に膨張し、それによって液体の細流および／または液滴がアトマイジング域６８中に分散される。その細流は、アトマイジング中に二つ以上の液滴に破砕される。アトマイジング域は、せん断混合域２４より下流の別個の容易に認識できるオリフィスであるか、またはそれは、図６（ｂ）に示されるように、せん断混合域２４における最も小さい断面積の域６８からなるであろう。後者の場合に、流体のアトマイジングは、せん断混合域２４で始まる。
【００１８】
最も厳密な技術的意味で、アトマイジングは、スチームまたは他のアトマイジング気体がアトマイジングされる流体と混合する際に、またはそこにインジェクションされる際に、液体の表面積を大きくすることを指すであろう。本発明に関連して、アトマイジングとは、流体がアトマイジングオリフィスを通って送られる際に、液相が気相中の不連続量に破砕するか、または破砕し始め、そしてこれが、流体が下流に連続して流れながら連続し、そして液体が液滴の噴霧にアトマイジングされて、これが気相中に分散されることを意味する。
【００１９】
本発明には、液体をアトマイジングするための方法および装置の両方が含まれる。この場合、液体は、衝突およびせん断混合の両方を経験する。衝突混合およびせん断混合はいずれも、中空ノズル１０の内部を通って長手に伸びる流体通路１４内で生じる。このノズル１０により、少なくとも一つの膨張域２０、衝突混合域２２、およびせん断混合域２４が定められる。流体通路１４は、両端（流体入口１４ａ、流体出口１４ｂ）で開口する。流体入口１４ａは、ノズルの上流端部１６にあり、流体出口１４ｂはノズルの下流端部１８にある。
【００２０】
本発明の一プロセス実施形態においては、気体およびアトマイジングされる液体からなる二相流体の少なくとも二つの別個のストリームは、圧力下に、衝突混合域２２およびせん断混合域２４を通して、同時かつ連続的に送られる。衝突混合域２２においては、別個のストリームは、各ストリームの少なくとも一部分を他のストリームに衝突させるか、または突き当てることによって混合されて、単一の混合ストリームが形成される。
【００２１】
衝突混合域２２においては、別個のストリームは、衝突によって殆ど（＞５０％）が混合する。せん断混合とは、混合が主としてせん断力によって起こることを意味する。二つの流体ストリーム間の衝突混合は、ストリーム間の半角が少なくとも１５゜および９０゜までの範囲にあり、そして衝突ストリーム間の全含み角が約３０゜〜約１８０゜の範囲であり、そして最も激しい混沌混合をもたらす１８０゜である場合に起こる。せん断混合は、半角が約０°〜約１５°の範囲の場合に起こる。
【００２２】
実施の際には、衝突混合域２２の各流体ストリームの少なくとも一部分（例えば≧２０％）は、また下流の流れ方向に並行した流れ成分を有し、そのために域２２における全ての混合は、必ずしも衝突によって生じない。好ましい実施形態においては、各流体ストリームの少なくとも外側側面または周辺部分は、衝突混合域２２において、好ましくは流体の長手の流れ方向（通常のまたは全体の流体流れの方向）に垂直な９０°±３０°、より好ましくは９０°±１０°、より好ましくは９０°±５°、より好ましくは９０°±２°、最も好ましくは約９０°（または、図に示されるようにｙ軸に実質的に並行）で、もう一方にぶつかって方向付けられる。衝突混合域２２およびせん断混合域２４における流体の膨張は、最小限にされる。
【００２３】
衝突混合域２２、せん断混合域２４、およびアトマイジング域６８は、全て流体で通じている。衝突の後、混合されたストリームは、せん断混合域２４を通って送られ、そこで混合されたストリームのさらなる混合が起こる。衝突およびせん断混合域２２、２４には、流体通路１４の上流および下流部分のそれぞれが含まれる。衝突混合域２２の下流端部は、衝突混合域−せん断混合域の接点で、せん断混合域の上流端部と流体で通じる。衝突およびせん断混合によって流体に与えられる動力学的エネルギーは、単一ストリームを形成し、これはアトマイジングされた際に、小さな液滴を気体連続相に分散して生成する。ノズルを通過後、気相に分散された液滴または液体の小滴の平均サイズは、ノズルの上流よりも小さい（例えば少なくとも１０％、好ましくは少なくとも５０％小さい）。
【００２４】
せん断混合域２４は、噴霧分配器６４のアトマイザーまたはアトマイジング域６８と流体で通じるか、または本明細書で論じられるように、アトマイジング域６８は、せん断混合域２４の部分として配置されるであろう。
【００２５】
アトマイザーには、せん断混合域２４の最小断面積よりも小さな断面積を有するオリフィスが含まれる。それにより、それがより低圧のアトマイジング域６８に入った際に、アトマイザーを横切る圧力低下、および二相流体のさらなるせん断が生じる。例えば、図４（ａ）において、アトマイザーには、分配器の入口１５８またはノズルオリフィス３０が含まれる。このせん断は、さらに液滴サイズを減少する。流体がアトマイジング域６８中に送られた際に、それは急速に膨張し、アトマイジングされた液滴噴霧を形成する。この急速な膨張および液滴噴霧の形成はアトマイジングを含む。
【００２６】
せん断混合域２４の流体出口は、噴霧を望ましい形状に形成する噴霧分配器６４に流体で通じる。噴霧分配器６４は、アトマイジング域６８の部分からなり、そしてノズル１０の部分からなるか、またはならないであろう。噴霧分配器６４は、好ましくはアトマイジングの前に、液相の凝集を最小限にするのに用いられる。他の実施形態においては、せん断混合域２４は、両端部の中空の流体導管の開口、アトマイジングオリフィスおよび下流端部の噴霧分配器を含むアトマイザーに流体で通じる。この実施形態においては、流体流れの方向に垂直な導管の断面積は、好ましくはせん断混合域２４およびアトマイジングオリフィスの最も小さい断面積より大きい。これは、流体がアトマイザーを通って流れる際に、液相の凝塊または凝集を最小にする。
【００２７】
この方法および装置は、大量の高温原料油を、ＦＣＣ装置のライザー反応域中にアトマイジングして、比較的小さな原料液滴サイズを達成し、そして混合域２２、２４およびアトマイザーを横切る圧力低下を最小にして、アトマイジングされた原料液滴の液滴サイズを均一にするのに有用である。例えば、直径４インチのノズルを用いて、３０ポンド／秒の高温の油原料を、５０ポンド／平方インチ未満、好ましくは４０ポンド／平方インチ（ｐｓｉ）未満のノズルを横切る圧力低下で、アトマイジングすることが可能である。ＦＣＣ原料油をアトマイジングするのに用いられる場合に、ノズル１０は、後述されるように、ノズル１０を収容する原料インジェクター１８２（図７参照）からなるであろう。典型的には、複数個の原料インジェクター１８２が用いられ、好ましくはライザー底部近傍にあるＦＣＣ反応域の上流端部の円周周りに配置される。高温原料油は、通常ノズル１０の上流でスチーム（および／または他の分散／アトマイジング気体）と混合されて、スチーム相および高温のＦＣＣ原料油液相からなる二相流体が形成される。また、この混合により、流れる二相流体の速度が高められる。ノズル１０の上流におけるスチームおよび油の混合は、典型的には、知られるように、スチームまたは他の分散気体のスパージング手段によって、原料インジェクター１８２内で達成される。
【００２８】
二相流体ストリームは、好ましくはスプリッター２８を用いて、二つの別個のストリームにスプリッティングまたは分割される。図５に示されるような一実施形態においては、両ストリームは、同時にスプリッター２８を流れ、そして二つの別個の流体開口２６、２６’を通って流れる。スプリッター２８は、流体入口１４ａの適切な位置に配置され、そしてスプリッター２８および流体通路１４が、少なくとも二つの流体開口２６、２６’を定めるであろう。流体開口２６、２６’は、好ましくは対称的に同一であり、そしてそれらは、流体通路１４の長手軸（図のｘ軸）に対して等距離かつ外側に間隔がおかれる。
【００２９】
衝突混合域２２においては、流れ成分が、各ストリームに与えられ、そして流体通路１４の長手軸に対して、放射状に内側に、好ましくは垂直に（すなわち、図に示されるようにｙ軸に沿って、または実質的に並行に）方向付けられる。流れ成分は、他のストリーム（放射状に内側に向けられる対応する流れ成分を有する）の少なくとも一部分に向けて方向付けられる。各ストリームの少なくとも一部分は、他方に衝突して、激しい衝突混合および付随する液滴サイズの減少がもたらされる。次いで、得られた混合流体のストリームは、せん断混合域２４中に送られ、衝突混合域２２で生じるよりも小さな圧力低下を伴ってさらに混合される。次いで、混合されたストリームは、より低圧のアトマイジング域６８中に送られる。
【００３０】
流体の流れ方向に垂直なアトマイジングオリフィスの断面積は、典型的には、流体をノズル１０に供給する流体導管１６４（図５参照）の断面積よりも小さい。これは、オリフィス３０を通ってより低圧のアトマイジング域６８中に流れる流体の速度増加をもたらす。好ましくは、また、オリフィス３０の断面積は、流体開口２６、２６’の断面積の合計よりも小さい。この速度増加により、気相の急速な膨張と共に二相流体のさらなるせん断がもたらされ、液滴サイズのさらなる減少がもたらされる。
【００３１】
噴霧分配器６４は、広がったファン形状であり、ファン形状の流体通路１５４がその上流端部および下流端部で開口してなる内部を有するであろう。噴霧分配器６４は、好ましくはアトマイジングオリフィスの下流側に隣接して配置されて、アトマイジングされた噴霧の形状が調整される。噴霧分配器６４は、ノズル１０の部分として形成されるか、または形成されないであろう。しかし、好ましくは、ピン結合を含めたあらゆる通常の手段によってノズル１０に取付けられる。噴霧分配器６４の他の実施形態は、図２（ａ）〜２（ｂ）を引用して記述される。
【００３２】
本発明の装置には、ノズルを通って伸びる長手軸（ｘ軸）を有する単一の流体通路１４を有するノズルが含まれ、そして単一の流体通路１４は、上流端部１６の流体入口１４ａに少なくとも二つの流体開口２６、２６’、および下流端部１８にオリフィス内で終わるであろう少なくとも一つの流体出口１４ｂを有する。入口１４ａおよび出口１４ｂは、長手軸の長手方向に間隔が置かれる。流体通路１４の衝突混合域２２の部分における断面積は、その下流端部において上流端部より小さい。流体通路１４のせん断混合域２４の部分における断面積の少なくとも一部分は、流体出口１４ｂの方向に縮小するかまたは収束する。一実施形態においては、流体通路１４は、少なくとも二組の間隔をおいて対向する側壁によって形成され、各組の各壁は、長手軸に対して等距離に間隔が置かれる。側壁間の領域は、全体として方形の断面を有する流体通路１４を定める。
【００３３】
流体通路１４領域の断面積は、ｙ軸の第一の寸法、またはｚ軸の第二の寸法のいずれかにおいて、少なくとも一対の対向壁の少なくとも一部分の間の距離が変化することによって変化するであろう。いくつかの実施形態においては、せん断混合域２４の断面積は、流体出口１４ｂの方向に減少または収束する。他の実施形態においては、せん断混合域２４の断面積は、流体出口１４ｂに向かう途中で減少し、域２４が出口１４ｂの方向に進むにつれて増大するであろう。断面積は、どちらの方向（第一の寸法または第二の寸法）にも、すなわちｚ軸またはｙ軸の沿って変化するであろう。流体通路１４の断面積は、流体開口２６、２６’に近い衝突混合域２２の上流端部で最も大きい。他の実施形態においては、せん断混合域２４の断面積は、ｙ軸に沿った距離がｚ軸に沿った距離と同じ割合で減少するであろうことから変化しないであろう。
【００３４】
図１（ａ）〜１（ｄ）は、ノズル１０の一実施形態を示す。ノズル１０には、躯体１２が含まれ、その内部には、流体入口１４ａ（開口部２６、２６’）および流体出口１４ｂを有する一つの単一の、通常は長手方向の流体通路１４が含まれる。流体通路１４は、ノズル１０の長手軸（ｘ軸）と一致する長手軸（ｘ軸）を有する。流体通路１４の上流端部および下流端部は、ノズル１０の上流端部１６および下流端部１８のそれぞれに配置される。
【００３５】
図１（ｂ）をみると、流体通路１４は、方形の断面を有し、３つの連続した域（膨張域２０、衝突混合域２２、およびせん断混合域２４）に分割される。そのいずれもが、隣接する域を直接に流体で繋いで流体で通じる。
【００３６】
図１（ａ）を参照すると、流体入口１４ａには、スプリッター２８によって分割された一対の対称的に同一の扇形状の流体開口２６、２６’が含まれる。スプリッター２８には、一般に、流体入口１４ａを二分する一般的な方形形状の板が含まれ、流動する二相流体のストリームが、流体開口２６、２６’を通って流れる二つの分離したストリームに分割される。スプリッター２８の端は、それぞれの流体入口２６、２６’の弦状部分を形成する。
【００３７】
流体通路１４の下流端部には、非円形の出口オリフィス３０が含まれる。この実施形態においては、オリフィス３０は、四角形状であり、一方他の形状もまた用いられるであろう。しかし、非円形オリフィス３０が好ましい。オリフィス３０には、アトマイザーまたはアトマイジング域６８の少なくとも一部分が含まれるか、または含まれないであろう。また、オリフィス３４の非円形形状は、円形または弓形のオリフィスの場合より、より均一なアトマイジングされた油のサイズ分布をもたらす。
【００３８】
図１（ｂ）〜１（ｄ）を参照すると、流体通路１４は、示されるように、異なる二対の対向する壁（３６−３８−２３）−（３６’−３８’−２３’）および３４−３４’によって形成される。壁３４および３４’は、同一、平坦で並行であり、形状が長方形であり、一方壁３６−３８−２３および３６’−３８’−２３’は対称的である。壁の対の同一点は、それぞれの壁の長手軸から等距離にあり、そして壁（３６−３８−２３）−３４および（３６’−３８’−２３’）−３４’の交点は、いくつかの実施形態においては弓状または完全半径状であるものの、それぞれ直角をなす。壁３６−３８−２３および３６’−３８’−２３’は、それぞれ、ノズル１０の長手軸に垂直な弓形または円形状で上流で始まって、原料導管１６４（図５参照）および流体開口２６、２６’の円形または弓形形状と実質的に適合する。流体通路１４の形状は、せん断混合域２４の入口にある段状部分３８−３８’（また、本明細書では衝突混合表面とも呼ばれる）まで、流体通路１４に沿って続く。せん断混合域２４においては、流体通路１４の形状は、オリフィス３０に続く一般的に平坦な４側面の形状に変化して、衝突混合の運動量がより効果的に利用されるであろう。
【００３９】
流体開口２６、２６’は、正反対に対向し、長手軸に対して放射状、等距離に間隔がおかれる。開口２６、２６’を組み合わせた断面積は、膨張域２０の断面積よりも小さいが、段状部分３８、３８’の丁度下流の断面積よりも大きく、せん断混合域２４に入る流体の圧力低下が低減される。流体開口２６、２６’は、図５に示されるように、その断面積が流体導管１６４の断面積よりも小さいことから、速度を増加する開口である。
【００４０】
図１（ｂ）を参照すると、二相流体ストリームは、スプリッター２８で二つの等しいストリームに分割され、そして開口２６、２６’を通って流体通路に入る。スプリッター２８を横切る圧力低下は、いくつかの適用に対しては高すぎ、そのために流体をノズルに導入するために、より低い圧力低下手段が用いられるであろう。開口２６、２６’を通って膨張域２０中に入る流れは、より軽質の気相はより重質の液相よりも迅速に加速することから、せん断力を付与する。膨張域２０は、アトマイジング域６８のように、流体が自由に膨張できない意味で、制御された膨張域２０である。膨張域２０により、それが存在しなければ他の状態にあるであろうものより、圧力低下が低減される。
【００４１】
両ストリームの少なくとも外周部分は、直角の段状部分（衝突表面）３８−３８’に直接突き当たるか、または衝突し、そして放射状に内側へ押し進められて、衝突混合域２２で他の衝突ストリームに直接衝突する。直角の衝突表面または段状部分３８−３８’を有する実施形態においては、衝突する流体間の含み角は、１８０°である。したがって、衝突表面は、ｘ軸に垂直なｙ−ｚ面で形成される。衝突により、両ストリームの放射状に内側へ向かう成分が、実質的に流体通路１４の長手軸に沿って方向付けられて、最大の衝突混合が形成される。
【００４２】
流体が下流に続くにつれて、断面積は下流方向で減少するせん断混合域２４に入り、流れの速度が増加し、そして主としてせん断力によって液滴サイズがさらに減少する。衝突混合域２２からせん断混合域２４への突然の変化はないものの、せん断混合は、実質的に段状部分３８−３８’の下流で始まる。せん断混合域２４を定める一対の対向壁２３、２３’は傾斜し、オリフィス３０へ向かって内側に収束する。せん断混合域２４の断面積の漸進的な減少は、流体速度を増大させ、そして最大流体速度は、好ましくはオリフィス３０で生じる。
【００４３】
示されない他の実施形態においては、気体および液体の二相混合物を含むあらゆる従来の素材源から得られる二つの別個の流体ストリームは、流体開口２６、２６’を通って流体通路１４中に送られる。この実施形態においては、二つの別個の原料ラインは、寸法どりされて、所望の流体入口速度が達成されるであろう。
【００４４】
図２（ａ）は、ノズル１０の他の実施形態を示し、これは複数個の積み重ねた金属小板５０〜６２から製作される。明瞭化のために、通路１４内の小板５０〜６２の交線は示されない。各金属小板は、小板を通って伸びる孔、溝穴、またはオリフィスとして、必要な通路をそこに有するように作製される。次いで、それらは、一緒に積み重ねられ、互いにボルト締めおよび／または拡散接合されて、ノズル１０が形成される。上流端部１６から始めると、小板５０には、図１（ｂ）で示されるものと同様のストリームスプリッター２８によって定められる二つの円形弓形状の開口２６、２６’を有する円板が含まれる。図２（ｄ）は、小板５６を示す。小板５６には、オリフィス１５の対向する側に二つの肩部８０、８０’が含まれる。肩部８０、８０’およびオリフィス１５は、衝突表面（段状部分）３８、３８’を適切に定めるように寸法どりされ、形成される。下流に進むにつれて、それぞれの引続く小板のオリフィス１５のサイズは、図１（ｂ）に示されるせん断混合域２４の収束と同様に減少する。各連続する円板５７〜６２の放射状に内側方向の段状部分のそれぞれは、肩部８０、８０’と同様に、多くの放射状に内側方向の運動量を流動する流体に付与するほどは大きくないものの、それらは、放射状に内側方向の混合成分を流動する流体に付与する。せん断混合域２４を定める小板のオリフィス１５は、変化する第一の寸法を有し、せん断混合域２４を定める各小板のオリフィス１５の第一の寸法は、その前の小板のオリフィス１５の第一の寸法よりも小さい。好ましくは、せん段混合域２４を定める少なくとも一つの小板のオリフィス１５は、変化する第二の寸法を有し、せん断混合域２４を定める各小板のオリフィス１５の第二の寸法は、その前の小板のオリフィス１５の第二の寸法よりも大きい。
【００４５】
図２（ａ）を参照すると、また、ノズル１０には、噴霧分配器６４が含まれる。これは、下流端部１０に配置され、流体出口１４ｂと流体で通じて、アトマイズされた液体の一般的に平坦なファン形状の噴霧が形成される。分配器６４は、溶接、ボルト締め、ロウ付け、または別の方法でノズル１０に取付けられ、その部分が形成される。示されるように、分配器６４には、フランジ６３が含まれ、分配器をノズル１０に効果的に取り付けることが可能となる。分配器６４は、そこを通って送られる通路７０（入口７０ａを含む）を有する。これは、オリフィス３０と実質的に同じサイズおよび／または同じ形状であるように形成され、一方通路７０の断面積は、所望の噴霧形状を形成するのを促進するために適切に変化するであろう。
【００４６】
通路７０は、下流に向かい、一般的に平坦な末広のファン形状の噴霧分配チップ７１（対向する壁６６−６６’および７４−７４’によって定められる）中に開口する。これは、ファン形状のアトマイジング域６８を定める。図２（ａ）に示されるように、アトマイジング域６８は、オリフィス７２方向に進んだ際に、垂直に（ｙ軸に沿って）収束または減少するであろう第一の寸法を有し、そのために第一の寸法は、出口でよりも入口で大きく、せん断混合の比率が制御される。しかし、いくつかの実施形態においては、域６８の第一の寸法は、一定のままであろう。アトマイジング域６８は、オリフィス７２方向に進んだ際に、（ｚ軸に沿って）末広がりまたは増加する第二の寸法を有し、そのために第二の寸法は、入口でよりも出口で大きい。チップ７１は、オリフィス７２で終わる。オリフィス７２は、外側に流れる噴霧方向に垂直に位置するであろう。そして、ｚ軸に沿って最も長い寸法を有し、好ましくは丸または完全半径状の端部（壁７４、７４’）を有する。壁７４、７４’は、一般に、同じの極率を有するが、いくつかの実施形態においては、極率は自由に選択されるであろう。好ましくは、その極率は円形状である。極率の好ましい半径は、ｙ軸における通路７０の寸法の約１／２である。必要ではないが、各壁７４、７４’の極率半径の中心は、一般にｙ軸の中心点（第一の寸法の中心点）の近くに配置される。第一の寸法がｘ軸に沿って変化する実施形態においては、極率半径もまた変化するであろう。
【００４７】
示されない別の実施形態においては、収束および／または末広がりの寸法は、異なる軸に沿うであろうが、好ましくは９０°分離した軸に沿うであろう。通路７０または域６８の第一および第二の寸法は、好ましくは対向する壁間の分離の最も広い点（すなわち、中心または長手軸または通路７０からの極率の最も広い点）で測られる。
【００４８】
一実施形態においては、ｚ軸に沿う入口７０ａの幅は、分配器の長さ（ｘ軸に沿って測られる）の少なくとも約１．５倍であり、出口オリフィス７２における幅は、入口７０ａの幅の少なくとも約１．５倍である。
【００４９】
流体出口オリフィス３０は、アトマイジング域６８および通路７０に入って、流体をさらにせん断し、液滴サイズをさらに減少させる。膨張域６８は、オリフィス３０より低圧であって、気相の急速な膨張をもたらして、液体がアトマイジングされ、液滴の噴霧が形成される。これは、さらに液滴をせん断し、そしてアトマイジングチップ７１のファン形状により、液滴のファン形状噴霧が形成され、図７に示されるように、ＦＣＣライザー反応器の反応域中に流れる。
【００５０】
図３は、ノズル１０の他の実施形態を示し、これは、他の実施形態について前に述べたようにして機能し、形成される。図３（ｃ）を見ると、出口オリフィス３０は、弧状の側端部１３０、１３０’（好ましくは完全半径状である）を有し、そして図２（ｂ）に示され、そして先に述べられたものと同様に、ｙ軸寸法より長いｚ軸寸法を有する。弧状の端部１３０、１３０’は、好ましくは完全半径状で、分配器６４の完全半径状の端部に一致する。図３（ｂ）および３（ｄ）に示されるように、せん断混合域２４は、二組の放射する対向物および対向壁１２６、１２６’および１３０、１３０’によって定められる。壁１２６、１２６’は下流に向かう流れ方向に内側に収束し、壁１３０、１３０’は下流に向かう流れ方向に外側に発散する。総合効果は、せん断混合域２４のほぼ全体に一定断面であるか、または減少または収束し、次いでせん断混合域２４における最小の断面積より約１０％〜５０％大きく発散または増加するもののいずれかである。
【００５１】
換言すれば、せん断混合域２４は、出口３０に進んで減少するｙ軸の第一の寸法、および好ましくは出口３０に進んで増加するｚ軸の第二の寸法を有する。
【００５２】
発散し、そして収束する壁のこの設計により、それを横切る流体の圧力低下が、図１に示される実施形態より低いせん断域２４が形成される。また、図１に示される実施形態と比較した場合に、せん断混合域２４における凝集の可能性が低減する。
【００５３】
せん断混合域２４への入口は、段状部分３８、３８’の放射状に内側方向の端部、および壁１２４−１３０および１２４’−１３０’の交差によって定められる。せん断混合域２４への入口の断面積は、開口２６、２６’の合計断面積より小さく、流体がせん断混合域２４中に流れた際に、流体の速度が増加される。この実施形態においては、せん断混合域２４の発散および収束により、流体流が、図３（ｃ）に示されるように、弧上端部を有するであろうほぼ方形の形状中に形づくられる。この形状により、ノズル１０から分配器６４への流体流のスムーズな移行が促進される。
【００５４】
図４（ａ）〜４（ｃ）は、図３（ａ）〜３（ｄ）に示される実施形態を、先に述べた通常の方式でノズル１０に取付けた噴霧分配器６４を加えて示す。噴霧分配器６４には、図９に示されるように、ファン形状の流体通路１５４を内側に含む一般的にファン形状の躯体１５２が含まれる。これは、対向し、そして外側に発散する壁１５５、１５５’（アトマイジング流体がファン形状噴霧に膨張するのを制御するのに役立つ）によって定められる。壁１５５、１５５’には、通路１５４の円形の完全半径状側端部が含まれ、これは好ましくは通路１５４の少なくとも軸に沿って発散して、ファン形状の噴霧がもたらされる。図３（ａ）〜３（ｄ）および４（ａ）〜４（ｃ）に示される実施形態には、示されるように、弧状の壁１２６、１２６’が含まれる。噴霧分配器６４への流体入口１５８は、形状がノズル１０のオリフィス３０に一致し、そして噴霧分配器６４の流体出口１６０は、液滴のアトマイジングされた噴霧が、ファン形状の噴霧に膨張しつづけることが出来るようにより大きい。通路１５４における圧力はノズルの流体通路１４におけるより低い。ノズル１０を出て流体通路１５４に入る混合流体は、液滴のファン形状の噴霧にアトマイジングして、図７に示されるように、出口１６０を通ってＦＣＣライザー反応中に流れる。図５は、上流の流体導管１６４と組合わせたアトマイジングノズル１０および分配器６４の破断図を示す。導管１６４は、流体入口１４ａ（開口２６、２６’）を通ってノズル１０に入る二相流体の流路をもたらす。
【００５５】
図６（ａ）〜６（ｃ）は、アトマイジングノズル１０の他の実施形態を示す。アトマイジング域１１５は、せん断混合域２４の部分として形成される。他のすべての点で、図６（ａ）〜６（ｃ）に示されるノズル１０は、既に述べた実施形態と同様に作動する。図６（ａ）に示されるように、流体の開口２６、２６’は、スプリッター２８を横切る圧力低下が顕著に大きくない場合には、完全に弧状の部分である必要はない。
【００５６】
図６（ｂ）を見ると、せん断混合域２４は、複雑な形状の流れ領域を有する。その断面積は、先ず減少し、次いでそれがオリフィス３０方向に進むにつれて増加する。６（ｂ）−６（ｂ）および６（ｃ）−６（ｃ）で切取られるノズルの二つの部分断面図を、図６（ｂ）および図６（ｃ）に示す。これは、せん断混合域２４のやや複雑な特性を示す。アトマイジング域１１５には、せん断混合域２４内に最小の断面積の領域または域が含まれる。域１１５は、好ましくはオリフィス３０に隣接して、または近傍に配置される。また、アトマイジング域１１５は、オリフィス３０で終わるであろう。オリフィス３０は、好ましくは先の実施形態で述べられ、そして示されるものと同じサイズおよび形状を有する。
【００５７】
示されるように、せん断混合域２４の第一の寸法は、せん断混合域２４の少なくとも一部分に対して第一の比率で流体出口１４ｂの方向に減少し、次いでせん断混合域２４の残りに対して第二の比率で流体出口１４ｂの方向に減少する。好ましくは、せん断混合域２４の第二の寸法は、せん断混合域２４の少なくとも一部分に対して第一の比率で流体出口１４ｂの方向に増加し、そしてせん断混合域２４の残りに対して第二の比率で流体出口１４ｂの方向に増加する。
【００５８】
操作に当たっては、二相流体が通路１４を通ってより低い圧力のアトマイジング域１１５中に流れる際に、アトマイジングは、アトマイジング域１１５のより低い圧力領域における急速な気体膨張、およびより高い密度（そして非圧縮性）の液相より軽質の圧縮性気体の急速な加速によって促進される。これにより、これらの速度がさらに殆ど等しくなるまで、相間のせん断が引起される。せん断力は、アトマイジング噴霧における液滴の究極的なサイズを減少させる。
【００５９】
ノズル１０は、多くの異なった方法で製作されるであろう。ロストワックスまたはインベスメント鋳造法が用いられるであろうし、または鍛造および他の鋳造法が用いられるであろう。ノズル１０は、適切なセラミックまたは金属物質、ならびにこれらの組合わせから製作されるであろう。図２（ａ）〜２（ｄ）に示されるように、積重ねた比較的に薄い金属板または小板の複数個を用いてノズル１０を製作し、それを通る流体通路１４を有する躯体１２を形成することは知られており、例えば米国特許第３，８８１，７０１号および同第５，４５５，４０１号に、ロケットモーターおよびプラズマトーチに有用であると開示される。また、この製作技術は、図１〜６に一般的に開示され、また示される実施形態を含めて、本発明のノズル１０を製作する際にも有用である。本発明のノズルは、この技術を用いて製作された。しかし、本発明は、このノズル製作技術を用いることに限定されるものではない。
【００６０】
ここで図７を参照すると、本明細書に述べられる一種以上の実施形態を組合わせたＦＣＣ原料のインジェクション装置１８０が示される。装置１８０には、中空の原料インジェクター１８２が、１８６、１８８により原料ノズル手段１８４に取付けられて含まれる。原料ノズル手段１８４は、ＦＣＣライザー２０６の壁１９０を通って、ライザー反応域１９２中に貫通する導管として示される。ライザー２０６は、図８により良く示されるが、好ましくは円筒形、中空の実質的に垂直に方向付けられた導管である。反応域１９２においては、アトマイジングされた油原料３００の少なくとも一部分は、流上する高温の触媒粒子と接触し、原料３００は、より有用でより低沸点の炭化水素生成物に分解される。便宜上、ライザー２０６の一部分のみが示される。
【００６１】
原料インジェクター１８２には、中空の導管１９４が含まれ、そこに予熱された油原料３００が原料ライン１９６を経て導入される。原料ライン１９６は、原料インジェクター１８２の上流部の壁とＴ結合を形成する。原料インジェクター１８２の下流部には、ノズル１０、好ましくは噴霧分配器６４が含まれる。便宜上、このいずれも箱として示される。噴霧分配器６４により、アトマイジングされた油原料３００の比較的平坦なファン形状の噴霧が、反応域１９２中に形成される。
【００６２】
スチームスパージング導管１９８は、インジェクション導管１９４より小さな直径または断面積を有するが、導管１９４の長手軸に伸びて、共軸に配列される。この実施形態においては、導管１９４，１９８の中心の長手軸は一致する。これにより、インジェクターの出口端部の上流で、高温の油原料３００の環状の流路１９７が得られる。スチーム導管１９８は、ノズル１０の上流で、インジェクション導管１９４の内側で終わる。複数個の孔またはオリフィス１９９が、導管１９８の下流端部辺りの円周に放射状に穴あけされる。孔１９８により、スチームが、放射上に外側かつ環状の流路１９７中にスパージングされ、そして流路１９７を通って流れる高温の油原料３００と混合されて、高温の油の小滴をスチーム中に分散してなる二相流体が形成されることが可能となる。油原料３００中にスパージングされるスチームの量は、典型的には高温の油原料３００の約１〜約５ｗｔ％の間である。得られた流体混合物は、典型的には容量基準で７５〜８５％のスチームおよび１５〜２５％の油原料３００を含むであろうが、先に述べたように、それを二つの別個のストリームに分割するノズル１０に送られ、ノズル１０に入って混合され、そして油原料３００がアトマイジングされる。
【００６３】
油原料の液滴３００のアトマイジングされた噴霧は、反応域１９２中に送られ、流上する高温の触媒粒子ストリーム（図示せず）と接触して、重質の油原料３００が望ましいより低沸点の生成物留分に接触分解される。
【００６４】
図８は、本発明の一種以上の実施形態が組込まれるであろう通常のＦＣＣプロセスを示す。ＦＣＣ装置２００には、ＦＣＣ反応器２０２および再生器２０４が含まれる。ＦＣＣ反応器２０２には、反応域１９２を含む原料ライザー２０６が含まれる。また、反応器２０２には、蒸気−触媒の分離域２１０、および複数個のバッフル２１４（家屋の勾配屋根に似た金属「シェッド」の配列に類似する）を含むストリッピング域２１２が含まれる。スチームなどの適切なストリッピング剤は、ライン２１６を経てストリッピング域中に導入される。ストリッピングされた使用済み触媒粒子は、トランスファーライン２１８を経て再生器２０４中に送られる。
【００６５】
予熱されたＦＣＣ原料は、ライン２２０を経てライザー２０６の基部中に原料インジェクション点２２４で送られる。予熱された原料３００は、予め設定された量のスチームと予混合されるか、または予混合されないであろう。図６に示される原料インジェクター１８２は、２２４に配置されるが、便宜上図８には示されない。実際問題として、図７に示されるものなどの複数個の原料インジェクター１８２が、ライザー２０６の円周周りに配置されるであろう。スチームは、ライン２２２を経て原料インジェクター１８２中に送られるであろう。高温の原料３００のアトマイジングされた液滴は、ライザー内で触媒粒子に接触する。これは気化し、そして原料がより軽質でより低沸点の留分に接触分解される。これには、ガソリン沸点範囲（典型的には１００゜〜４００゜Ｆ、すなわち３０゜〜２０５℃）の留分、同様により高い沸点のジェット燃料油、ディーゼル燃料油、灯油などが含まれる。
【００６６】
ＦＣＣ触媒には、適切な通常の接触分解触媒のいかなるものも含まれるであろう。触媒には、当業者に知られるように、ゼオライトモレキュラーシーブ分解成分を含むシリカおよびアルミナの混合物が含まれるであろう。
【００６７】
ＦＣＣ反応は、原料３００がライザー２０６内で高温の触媒と接触した際に開始が始まり、生成物の蒸気が分離域２１０内で使用済み触媒から分離されるまで続く。分解反応は、ストリッピング可能な炭化水素質物質、およびコークとして知られるストリッピング不可能な炭素質物質を堆積して、使用済み触媒粒子を形成する。これは、ストリッピングされてストリッピング可能な炭化水素が除去、回収されるであろう。次いで，触媒は、再生器でコークが燃焼し尽くされて再生される。
【００６８】
反応器２０２には、分離部２０２内にサイクロン（図示せず）が含まれる。サイクロンは、分解された炭化水素生成物の蒸気、および使用済み触媒粒子からストリッピングされた炭化水素（蒸気として）の両方を分離する。炭化水素の蒸気は、ライン２２６を経て排出される。炭化水素の蒸気は、典型的には蒸留装置または分留装置（図示せず）中に供給され、蒸気の凝縮可能な部分が液体に凝縮され、そして液体が個々の生成物ストリームに分留される。
【００６９】
使用済み触媒粒子は、ストリッピング域２１２に送られて、そこでスチームなどのストリッピング媒体と接触される。スチームは、ライン２１６を経てストリッピング域２１２中に送られ、そして分解反応中に触媒上に堆積したストリッピング可能な炭化水素質物質を除去する。これらの蒸気は、ライン２２６を経て他の生成物蒸気と共に排出される。バッフル２１４は、触媒粒子をストリッピング域２１２の幅を横切って均一に分散し、ストリッピング域２１２における触媒粒子の内部還流および逆混合を最小にする。使用済みのストリッピングされた触媒粒子は、トランスファーライン２１８を経てストリッピング域２１２の底部から除去され、再生器２０４内の流動床２２８中に送られる。
【００７０】
流動床２２８内の触媒粒子は、ライン２４０を経て再生器に入る空気に接触する。いくらかの触媒粒子は、分離域２４２中に上昇する。空気は、炭素堆積物を酸化または燃焼し尽くして、触媒粒子を再生し、そしてそれらを、典型的には約９５０゜〜１４００゜Ｆ（５１０゜〜７６０℃）の範囲の温度に加熱する。再生器２０４には、高温の再生触媒粒子を気体状の燃焼生成物、または煙道ガスから分離するサイクロン（図示せず）が含まれる。これには、主としてＣＯ２、ＣＯ、Ｈ２ＯおよびＮ２が含まれる。サイクロンにより、当業者に知られるように、再生触媒粒子がディプレグ（図示せず）を経て流動触媒床２２８中に下方へ送り戻される。
【００７１】
流動床２２８は、破線で示される気体分配グリッド２２４上に支持される。流動床２２８内の高温の再生触媒粒子は、ロート２４８（下降管２５０の頂部にその底部が接続される）の頂部に形成される堰２４６を溢流する。下降管２５０の底部は、再生触媒のトランスファーライン２５２に変わる。溢流する再生粒子は、ロート２４８、下降管２５０を通ってトランスファーライン２５２中に流下して、反応域１９２中に送り戻される。煙道ガスは、ライン２５４を経て再生器の頂部から除去される。
【００７２】
ＦＣＣプロセスで用いられるキャットクラッカー原料には、典型的には高沸点の非残油であるガス油が含まれる。例えば、減圧ガス油（ＶＧＯ）、直留（常圧）ガス油、軽質キャットクラッカー油（ＬＣＧＯ）およびコーカーガス油である。これらの油は、直留または常圧ガス油およびコーカーガス油と同様に、典型的には約４５０゜Ｆ（２３２℃）超、より一般的には約６５０゜Ｆ（３４３℃）超の初留点を有し、また約１１５０゜Ｆ（６２１℃）までの終点を有する。加えて、１０５０゜Ｆ（５６６℃）超（例えば１３００゜Ｆ（７０４℃）以上まで）の終点を有する一種以上の重質原料は、ＦＣＣ原料と混合されるであろう。これらの重質原料には、次のものが含まれる。例えば、全原油および抜頭原油、原油の常圧および減圧蒸留から得られる残油、アスファルトおよびアスファルテン、重質石油の熱分解から得られるタール油および循環油、タールサンド油、シェール油、石炭誘導油、合成原油などである。これらは、ＦＣＣ原料中に、混合物の約２〜５０ｖｏｌ％、より典型的には約５〜３０ｖｏｌ％の量で存在するであろう。
【００７３】
重質原料には、典型的には非常に高い含有量の望ましくない成分（芳香族、およびヘテロ原子、特に硫黄および窒素を含む化合物など）が含まれる。したがって、これらの原料は、知られるように、水素化、溶剤抽出、モレキュラーシーブなどの固体吸着剤などのプロセスによって、しばしば処理または品質向上されて、望ましくない化合物の量が低減される。
【００７４】
典型的なＦＣＣ反応のプロセス条件には、約８００゜〜１２００゜Ｆ（４２７゜〜６４８℃）、好ましくは８５０゜〜１１５０゜Ｆ（４５４゜〜６２１℃）、さらにより好ましくは９００゜〜１１５０゜Ｆ（４８２゜〜６２１℃）の温度、約５〜６０ｐｓｉｇ、好ましくは５〜４０ｐｓｉｇの圧力が、約０．５〜１５秒、好ましくは約１〜５秒の原料／触媒の接触時間、および約０．５〜１０、好ましくは２〜８の触媒：原料比と共に含まれる。ＦＣＣ原料は、８５０゜Ｆ（４５４℃）以下、好ましくは８００゜Ｆ（４２７℃）以下、典型的には約５００゜〜８００゜Ｆ（２６０゜〜４２７℃）の範囲以内の温度に予熱される。
【００７５】
本発明は、以下の制限しない実施例を引用してさらに理解されるであろう。
【００７６】
実施例
本実施例においては、図７に示されるものに設計が類似するアトマイジングインジェクターを、図４に示されるものに設計が類似するアトマイジングノズルの実施形態を用いて、商業的に認められたスロット−ファン設計（米国特許第５，１７３，１７５号に示されるものに類似する）と比較した。商業用ノズルは、方形の溝付きオリフィスを含む端部キャップを有するパイプを模した。これは、付設された下流方向に発散する平坦なファンのアトマイジングチップを有する。両ノズルには、ファン型のアトマイジング分配器またはチップが含まれ、そしてこれは、典型的な商業用ノズルのサイズの１／２のスケールで製作された。インジェクターは、ノズル設計を除いて両ケース共同じであった。両インジェクターは、平坦なファン形状の噴霧を形成し、そして水平に取付けられ、Ｍａｌｖｅｒｎ粒子計のレーザー光ビームの光路内で、垂直方向に最大幅の平坦なファン形状の噴霧を形成するように方向付けられた。この機器は、よく知られており、液体の噴霧特性を測定するのに用いられる。光回折パターンは、それぞれ特性液滴サイズの範囲と関連するが、フーリエ変換レンズによって多素子光検出器に焦点が合わせられる。光エネルギーの分布は、コンピューターによって対応する液滴サイズ分布に変換される。
【００７７】
ガス状窒素が気相を模して用いられ、そして液体の水が液相を模して用いられた。
【００７８】
比較の実施例の格子を、水および窒素流量を変えて実施し、そしてＳａｕｔｅｒ平均液滴直径を、Ｒｏｓｉｎ−Ｒａｍｍｉｅｒの分布関数を仮定して計算した。二つの異なるノズル設計について、結果を下表で比較した。
【００７９】
【表１】
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【００８０】
すべての場合において、比較の水および窒素流量で、本発明のノズルは、商業設計より小さなＳａｕｔｅｒ平均直径の液滴を有するアトマイジングされた噴霧を形成した。これにより、より良好なアトマイジングが、本発明のノズルを用いて達成されたことが示される。
【００８１】
本発明を実施する際には、種々の他の実施形態および変更形態は、上記した本発明の範囲および精神から逸脱することなく、当業者に自明であろうしまた当業者により容易に実施できると考えられる。したがって、本明細書に添付される請求の範囲は、上述された正確な記載に限定されるものではなく、むしろ請求は、本発明が関連する分野の当業者によりそれらの等価物として扱われるであろうすべての特徴および実施形態を含めて、本発明に帰属する特許を受けることができる新規性の特徴をすべて包含するものとみなされる。
【図面の簡単な説明】
【図１】
図１（ａ）は、ノズルの一実施形態について、ノズルの流体入口を望んで軸方向に下流方向を見た図を示す。図１（ｂ）は、図１（ａ）に示される実施形態について、１（ｂ）−１（ｂ）軸に沿って切った断面の側面図を示す。図１（ｃ）は、図１（ａ）に示される実施形態について、ノズルの流体出口を望んで軸方向に上流方向を見た図を示す。図１（ｄ）は、図１（ａ）に示される実施形態について、図１（ｂ）に示す１（ｄ）−１（ｄ）軸に沿って切った上部断面図を示す。
【図２】
図２（ａ）は、ノズルの他の実施形態について断面の側面図を示す。図２（ｂ）は、図２（ａ）に示される実施形態について、ノズルの流体出口を望んで軸方向に上流方向を見た図を示す。図２（ｃ）は、図２（ａ）に示される実施形態について上部断面図を示し、これには噴霧分配器の一実施形態が組込まれる。図２（ｄ）は、図２（ａ）に示される実施形態を構成するのに用いられるであろう小板の実施形態である。明確のために、流体通路内の小板の線は、図２（ａ）および図２（ｃ）には示されない。
【図３】
図３（ａ）は、ノズルの他の実施形態について、ノズルの流体入口を望んで軸方向に下流方向を見た図を示す。図３（ｂ）は、図３（ａ）に示される実施形態について、３（ｂ）−３（ｂ）軸に沿って切った断面の側面図を示す。図３（ｃ）は、図３（ａ）に示される実施形態について、ノズルの流体出口を望んで軸方向に上流方向を見た図を示す。図３（ｄ）は、図３（ａ）に示される実施形態について、図３（ｃ）に示される３（ｄ）−３（ｄ）軸に沿って切った上部断面図を示す。
【図４】
図４（ａ）は、ノズルの他の実施形態について断面の側面図を示す。図４（ｂ）は、図４（ａ）に示される実施形態について、ノズルの流体出口を望んで軸方向に上流方向を見た図を示す。図４（ｃ）は、図４（ａ）に示される実施形態について上部断面図を示し、これには噴霧分配器の他の実施形態が組込まれる。
【図５】
図５は、ノズルに原料を供給する流体導管と液体でつながったノズル（および噴霧分配器）の断面図である。
【図６】
図６（ａ）は、ノズルの他の実施形態について、ノズルの流体入口を望んで軸方向に下流方向を見た図を示す。図６（ｂ）は、図６（ａ）に示される実施形態について、図６（ａ）に示される６（ｂ）−６（ｂ）軸に沿って切った断面の側面図を示す。図６（ｃ）は、図６（ａ）に示される実施形態について、図６（ａ）に示される６（ｃ）−６（ｃ）軸に沿って切った断面の側面図を示す。
【図７】
図７は、ノズルの実施形態を用いるＦＣＣ原料インジェクション装置の断面図を示す。
【図８】
図８は、ノズルの実施形態またはプロセスが組込まれるであろうＦＣＣ方法を示す。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【国際公開パンフレット】
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【国際調査報告】
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