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JP2002539289A - Method and apparatus for atomizing FCC feedstock - Google Patents

Method and apparatus for atomizing FCC feedstock

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Publication number
JP2002539289A
JP2002539289A JP2000604917A JP2000604917A JP2002539289A JP 2002539289 A JP2002539289 A JP 2002539289A JP 2000604917 A JP2000604917 A JP 2000604917A JP 2000604917 A JP2000604917 A JP 2000604917A JP 2002539289 A JP2002539289 A JP 2002539289A
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JP
Japan
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fluid
mixing zone
shear mixing
dimension
zone
Prior art date
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Application number
JP2000604917A
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Japanese (ja)
Inventor
コービール,ラッセル,ジョン,ジュニア
イトー,ジャクソン,アイ.
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
ExxonMobil Technology and Engineering Co
Original Assignee
Exxon Research and Engineering Co
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from US09/271,813 external-priority patent/US6199768B1/en
Application filed by Exxon Research and Engineering Co filed Critical Exxon Research and Engineering Co
Publication of JP2002539289A publication Critical patent/JP2002539289A/en
Pending legal-status Critical Current

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    • C10G11/00Catalytic cracking, in the absence of hydrogen, of hydrocarbon oils
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    • C10G11/18Catalytic cracking, in the absence of hydrogen, of hydrocarbon oils with preheated moving solid catalysts according to the "fluidised-bed" technique
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Abstract

(57)【要約】 液体霧化方法は、液体と気体の2相流体混合物を圧力下で形成し、流体を別個の2ストリームに分割し、これを衝突混合域に通過させて、衝突混合させて、2相流体の単一流れを形成するものである。混合された単一ストリームを剪断混合域に通して、低圧膨張域へ導入すると、そこで霧化が生じて、液体の霧化液滴スプレーが形成される。衝突および剪断混合域は、ノズル中の単一流体通路の各上流、下流部分を含む。これはFCCプロセスにおいて熱い原料油を霧化するのに有用である。 (57) [Summary] The liquid atomization method forms a two-phase fluid mixture of a liquid and a gas under pressure, divides the fluid into two separate streams, and passes this through an impingement mixing zone to impinge and mix. To form a single flow of the two-phase fluid. The mixed single stream is passed through a shear mixing zone and introduced into a low pressure expansion zone where atomization occurs, forming an atomized droplet spray of liquid. The impingement and shear mixing zones include each upstream and downstream portion of a single fluid passage in the nozzle. This is useful for atomizing hot feedstocks in FCC processes.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】 発明の分野 本発明は、液体霧化方法および装置、すなわち、高流体処理能力と低圧力降下
を必要とする流体接触分解(FCC)プロセスと組み合わせて用いられる装置お
よび方法に関する。本方法によれば、熱い原料油とスチームのような分散ガスの
2相流体混合物を形成し、その流体混合物を別個の2ストリームに分離して、圧
力下、衝突混合域、剪断混合域に通過させ、両ストリームを再結合して単一スト
リームとし、それを低圧霧化域に通し、そこで霧化させて霧化液滴のスプレーを
形成する。
FIELD OF THE INVENTION The present invention relates to a liquid atomization method and apparatus, ie, an apparatus and method used in combination with a fluid catalytic cracking (FCC) process that requires high fluid throughput and low pressure drop. According to the method, a two-phase fluid mixture of a hot feedstock and a dispersed gas, such as steam, is formed and the fluid mixture is separated into two separate streams and passed under pressure to an impingement mixing zone and a shear mixing zone. The two streams are then recombined into a single stream, which passes through a low pressure atomization zone where it is atomized to form a spray of atomized droplets.

【0002】 発明の背景 流体の霧化は周知であり、エアゾールスプレー、殺虫剤およびコーティングへ
の応用、スプレー乾燥、給湿、混合、空気調和および化学品、石油の精製プロセ
スをはじめとする様々な用途およびプロセスに用いられている。多くの用途にお
いて、加圧流体(霧化剤を存在させて、または存在させずに)が、比較的小さな
オリフィスを有する霧化ノズルから圧入される。霧化は、オリフィスの下流側で
生じ、霧化の程度はオリフィスサイズ、オリフィスの圧力降下、流体密度、粘度
および表面張力により決まる。オリフィスサイズが減少し、圧力降下が増大する
と、霧化は増大し、液滴サイズは減少する。
BACKGROUND OF THE INVENTION Fluid atomization is well known and is used in a variety of processes, including aerosol spraying, insecticide and coating applications, spray drying, humidification, mixing, air conditioning and chemicals, petroleum refining processes, and the like. Used in applications and processes. In many applications, pressurized fluid (with or without the presence of an atomizing agent) is injected from an atomizing nozzle having a relatively small orifice. Atomization occurs downstream of the orifice, and the degree of atomization is determined by orifice size, orifice pressure drop, fluid density, viscosity and surface tension. As the orifice size decreases and the pressure drop increases, atomization increases and droplet size decreases.

【0003】 高流速で比較的粘性な流体の霧化度を増大することは、FCCプロセスで用い
られる重油原料では特に興味のあるところである。FCCプロセスは、主に高沸
点石油を、ガソリン、ならびにケロシン、ジェット燃料およびディーゼル燃料、
および加熱油のような中間留出物をはじめとする、より貴重な低沸点生成物に転
化する石油精製工業に広く用いられている。
[0003] Increasing the atomization of relatively viscous fluids at high flow rates is of particular interest for heavy oil feedstocks used in FCC processes. The FCC process mainly converts high-boiling oils into gasoline and kerosene, jet and diesel fuels,
It is widely used in the petroleum refining industry to convert to more valuable low boiling products, including middle distillates such as heating oils.

【0004】 FCCプロセスにおいて、予熱された原料は、原料の霧化を支援するために、
蒸気のような霧化促進流体と混合されることが多い。霧化された原料は、FCC
反応域を構成するライザーを流れる微粒子状の熱い分解触媒と接触する。反応域
にある原料油液滴サイズが小さければ、貴重な生成物への原料転化が増える。こ
れは、FCC原料に残油のような重い原料を混ぜたとき顕著である。上昇する触
媒粒子と接触していない原料が、主にメタンやコークス(通常、望ましくない生
成物)へと熱分解されることがある。従って、好ましくは、噴霧器またはノズル
に許容されないような高い圧力降下を生じることなく、および/または蒸気その
他霧化促進剤の量を増大することなく、霧化油の液滴サイズを減少させる経済的
に実行可能な手段を見出す努力が続けられている。かかる努力の例は、約400
〜1000ミクロンの平均原料液滴サイズを示した米国特許第5,289,97
6号および第5,173,175号に開示されている。さらに、FCCプロセス
による重油原料を、そして他プロセスによる他の流体も、より細かく霧化する必
要がある。霧化液体の液滴サイズを300ミクロン未満に低減できれば非常に有
益であろう。
[0004] In the FCC process, the preheated raw material is used to assist in atomizing the raw material,
It is often mixed with an atomization promoting fluid such as steam. The atomized raw material is FCC
The catalyst comes into contact with a fine particulate hot cracking catalyst flowing through a riser constituting a reaction zone. The smaller the feed oil droplet size in the reaction zone, the more feed conversion to valuable products. This is remarkable when a heavy raw material such as residual oil is mixed with the FCC raw material. Feedstock that is not in contact with the rising catalyst particles can be pyrolyzed primarily to methane and coke (usually undesirable products). Thus, preferably, an economical method for reducing the droplet size of the atomized oil without producing unacceptably high pressure drops in the atomizer or nozzle and / or without increasing the amount of steam or other atomization enhancers. Efforts are underway to find a viable solution. An example of such an effort is about 400
U.S. Pat. No. 5,289,97 showing an average feed droplet size of .about.1000 microns.
No. 6 and 5,173,175. In addition, heavy oil feedstocks from the FCC process and other fluids from other processes also need to be atomized more finely. It would be very beneficial if the droplet size of the atomized liquid could be reduced to less than 300 microns.

【0005】 発明の概要 本発明の一実施態様は、流体入口と流体出口を有し、衝突混合域と剪断混合域
を形成するよう構成された本体を有する液体霧化装置である。これらの混合域は
入口と出口間に位置している。流体入口は、導入される流体ストリームを少なく
とも2つのストリームに分割することのできるスプリッタを有している。衝突混
合域は、一方の流体ストリームの少なくとも一部を、他方の衝突ストリームに衝
突させるために少なくとも1つの衝突表面を有し、2つの衝突ストリーム間の狭
角は、約120°〜240°である。剪断混合域は、第1の寸法と第2の寸法に
より形成された断面領域を有しており、第1の寸法は、流体の出口方向に、本体
を通って縦軸に沿って減少している。
[0005] One embodiment of the present invention is a liquid atomizer having a body having a fluid inlet and a fluid outlet and configured to form an impingement mixing zone and a shear mixing zone. These mixing zones are located between the inlet and the outlet. The fluid inlet has a splitter that can split the incoming fluid stream into at least two streams. The impingement mixing zone has at least one impingement surface for impinging at least a portion of one fluid stream on the other impinging stream, and the narrow angle between the two impinging streams is between about 120 ° and 240 °. is there. The shear mixing zone has a cross-sectional area formed by a first dimension and a second dimension, the first dimension decreasing along the longitudinal axis through the body in the direction of the fluid outlet. I have.

【0006】 本発明の他の実施態様は、少なくとも1つの流体入口と、少なくとも1つの流
体出口と、入口と出口間に延在する流体通路とを有する本体をもつ液体霧化装置
である。通路は、衝突混合と、衝突混合域からの剪断混合域下流を形成している
。通路は、また、本体を通って延在する縦軸に対し実質的に垂直に構成された少
なくとも1つの衝突表面も形成している。衝突表面は、通路を流れる流体の一部
に、放射状の内側流れ(全体の流れ方向に対して法線方向に)を与えるように構
成されている。剪断混合域は、第1の寸法と第2の寸法により形成される断面領
域を有しており、第1の寸法は、流体の出口方向に本体を通って縦軸に沿って減
少している。
[0006] Another embodiment of the present invention is a liquid atomizer having a body having at least one fluid inlet, at least one fluid outlet, and a fluid passage extending between the inlet and the outlet. The passageway forms impingement mixing and a shear mixing zone downstream from the impingement mixing zone. The passage also forms at least one impingement surface configured substantially perpendicular to a longitudinal axis extending through the body. The impingement surface is configured to provide a radially inward flow (normal to the overall flow direction) to a portion of the fluid flowing through the passage. The shear mixing zone has a cross-sectional area formed by a first dimension and a second dimension, the first dimension decreasing along the longitudinal axis through the body in a fluid exit direction. .

【0007】 本発明の他の実施態様は、(a)気相と液相を有する2相流体の少なくとも2
つのストリームを形成する工程と、(b)各ストリームの少なくとも一部を他の
ストリームの少なくとも一部に衝突させ、衝突ストリーム間の狭角が約170°
〜190°で単一の混合ストリームを形成するように、ストリームを衝突混合域
に通過させる工程と、(c)単一の混合ストリームを剪断混合域に通過させ、剪
断混合力を単一の混合ストリームに付与して剪断混合ストリームを形成する工程
と、(d)気相が膨張し、液相の表面積が増大するように、剪断混合ストリーム
を霧化域に通過させて、液滴スプレーを生成する工程とを有する液滴スプレーを
形成する方法である。
[0007] Another embodiment of the present invention is directed to a method of (a) providing at least two of a two-phase fluid having a gas phase and a liquid phase.
Forming two streams; and (b) causing at least a portion of each stream to collide with at least a portion of the other streams, wherein the narrow angle between the impinging streams is about 170 °.
Passing the stream through an impingement mixing zone to form a single mixing stream at 190190 °; and (c) passing the single mixing stream through a shear mixing zone and applying a shear mixing force to the single mixing zone. Applying to the stream to form a shear-mixed stream; and (d) passing the shear-mixed stream through the atomization zone to create a droplet spray such that the gas phase expands and the surface area of the liquid phase increases. And forming a droplet spray.

【0008】 本発明の他の実施態様は、(a)気相と液相を有する2相流体の複数のストリ
ームを形成する工程と、(b)各ストリームの少なくとも一部を他のストリーム
の少なくとも一部に衝突させ、衝突ストリーム間の狭角が約120°〜240°
である単一の混合ストリームを形成する工程と、(c)単一の混合ストリームに
剪断混合力を与えて剪断混合ストリームを形成する工程と、(d)剪断混合スト
リーム中の気相を膨張させて、原料液滴のスプレーを生成する工程とを有する液
滴スプレーを形成する方法である。
[0008] Another embodiment of the present invention comprises: (a) forming a plurality of streams of a two-phase fluid having a gas phase and a liquid phase; Partial impact, narrow angle between impact streams about 120 ° -240 °
(C) applying a shear mixing force to the single mixed stream to form a shear mixed stream; and (d) expanding the gas phase in the shear mixed stream Generating a spray of raw material droplets.

【0009】 本発明の他の実施態様は、(a)気相と、FCC原料を含む液相とを有する2
相流体の少なくとも2つのストリームを形成する工程と、(b)各ストリームの
少なくとも一部を他のストリームの少なくとも一部に衝突させ、衝突ストリーム
間の狭角が約120°〜240°で単一の混合ストリームを形成する工程と、(
c)単一の混合ストリームを剪断混合域に通過させ、剪断混合力を単一の混合ス
トリームに付与して剪断混合ストリームを形成する工程と、(d)気相が膨張し
、液相の表面積が増大するように、剪断混合ストリームを霧化域に通過させて、
原料液滴スプレーを生成する工程と、(e)原料液滴スプレーをFCC反応域に
通過させる工程と、(f)原料液滴を接触分解条件下で接触分解触媒と接触させ
る工程とを有する接触分解方法である。一実施態様において、衝突域と剪断混合
域は、本明細書に記載されたノズルの実施態様に含まれている。
[0009] Another embodiment of the present invention provides a method comprising: (a) a method comprising:
Forming at least two streams of phase fluid; and (b) impinging at least a portion of each stream on at least a portion of the other stream, wherein the narrow angle between the impinging streams is about 120 ° to 240 ° and a single Forming a mixed stream of
c) passing a single mixing stream through the shear mixing zone and applying a shear mixing force to the single mixing stream to form a shear mixing stream; and (d) expanding the gas phase and surface area of the liquid phase. Passing the shear mixing stream through the atomization zone so that
Contact comprising: producing a raw material droplet spray; (e) passing the raw material droplet spray through an FCC reaction zone; and (f) contacting the raw material droplet with a catalytic cracking catalyst under catalytic cracking conditions. It is a decomposition method. In one embodiment, the impingement zone and the shear mixing zone are included in the nozzle embodiments described herein.

【0010】 本発明の他の実施態様は、(a)気相と、FCC原料を含む液相とを有する2
相流体の複数のストリームを形成する工程と、(b)各ストリームの少なくとも
一部が他のストリームの少なくとも一部に衝突し、衝突ストリーム間の狭角が約
170°〜190°である単一の混合ストリームを形成するように、ストリーム
を衝突混合域に通過させる工程と、(c)単一の混合ストリームに剪断混合力を
与えて剪断混合ストリームを形成する工程と、(d)剪断混合ストリーム中の気
相を膨張させて、原料液滴スプレーを生成する工程と、(e)原料液滴を接触分
解条件下で接触分解触媒と接触させる工程とを有する接触分解方法である。
[0010] Another embodiment of the present invention provides a method comprising: (a) a method comprising:
Forming a plurality of streams of phase fluid; and (b) at least a portion of each stream impinging on at least a portion of the other stream, wherein a narrow angle between the impinging streams is between about 170 ° and 190 °. (C) applying a shear mixing force to a single mixing stream to form a shear mixing stream; and (d) providing a shear mixing stream to form a mixing stream. This is a catalytic cracking method comprising the steps of: expanding a gas phase therein to generate a raw material droplet spray; and (e) contacting the raw material droplet with a catalytic cracking catalyst under catalytic cracking conditions.

【0011】 本発明の各方法および/または装置において、衝突ストリーム間の狭角は、よ
り好ましくは約175°〜約180°、最も好ましくは約180°である。
In each method and / or apparatus of the present invention, the narrow angle between the impinging streams is more preferably from about 175 ° to about 180 °, most preferably about 180 °.

【0012】 詳細な説明 本明細書において、流体が流れる領域または帯の断面領域は、図面に示したx
軸に対し法線になる領域であり、y軸とx軸の寸法により形成される領域とする
。本明細書において、軸に「沿う」とは、図面に示すように、その軸に沿った、
またはその軸と実質的に平行であることを意味している。本明細書において、ノ
ズル本体または流体通路の縦軸は、ノズルを通過する全体の流体流れのx軸(単
数または複数)に沿っている。
DETAILED DESCRIPTION In this specification, the region through which the fluid flows or the cross-sectional region of the band is referred to as x shown in the drawings.
This is a region that is normal to the axis and is formed by the dimensions of the y-axis and the x-axis. As used herein, "along" an axis, as shown in the drawing,
Or it is meant to be substantially parallel to that axis. As used herein, the longitudinal axis of the nozzle body or fluid passage is along the x-axis (s) of the overall fluid flow passing through the nozzle.

【0013】 ノズル10に供給された2相流体は、ガス連続または液体連続であっても、一
方または両方の相が連続しているかどうか確かではない泡状フロスであってもよ
い。連続気泡スポンジおよび独立気泡スポンジを引き合いに出せば、さらに理解
されるであろう。スポンジは、一般に、空気対固体の容積比が1:1である。連
続気泡スポンジは、ガス(空気)と固体連続の両方であり、一方、独立気泡スポ
ンジは、固体連続で、別個の(分散した)ガス気泡を含んでいる。連続気泡スポ
ンジにおいて、固体は膜とリガメント(2相の気液フロスまたは泡の中に存在す
るような)を備えている。独立気泡スポンジにおいて、ガスは、固体中に別個の
ガス小球の分散液を含んでいる。スポンジによっては、気相と液相を含む2相流
体のように両者の間になるものもある。
The two-phase fluid supplied to the nozzle 10 may be gas-continuous or liquid-continuous, or may be a foamy floss for which it is not certain that one or both phases are continuous. Reference will be made to open and closed cell sponges, which will be further understood. Sponge generally has a 1: 1 volume ratio of air to solids. Open cell sponges are both gas (air) and solid open, while closed cell sponges are solid open and contain discrete (dispersed) gas bubbles. In an open-cell sponge, the solid comprises a membrane and a ligament (as in a two-phase gas-liquid floss or foam). In closed cell sponges, the gas comprises a dispersion of discrete gas globules in a solid. Some sponges are between them, such as a two-phase fluid containing a gas phase and a liquid phase.

【0014】 ガス連続で、固体連続でもないスポンジを得ることは不可能であるが、ガス連
続のみの2相気液流体を得るのは可能である。従って、本発明の混合ノズルを通
過する流体の特別な形態は、必ずしも確実に知られてはいない。液相の表面積を
増大させるために、衝撃および剪断混合用ノズルに入る流体に十分なガスが存在
していなければならない。これは、(i)液体膜の厚さ、(ii)液体流れの厚
さおよび/または長さ、(iii)霧化前か最中に、流体中の液体小球のサイズ
を減らすことを反映している。実際、ノズル10における1つ以上のオリフィス
を通じた衝突および剪断混合は、気相と液相を含む2相流体でしか生じない。
Although it is not possible to obtain a sponge that is gas continuous and not solid, it is possible to obtain a two-phase gas-liquid fluid that is gas continuous only. Thus, the particular form of the fluid passing through the mixing nozzle of the present invention is not necessarily known with certainty. In order to increase the surface area of the liquid phase, sufficient gas must be present in the fluid entering the impact and shear mixing nozzle. This reflects (i) the thickness of the liquid film, (ii) the thickness and / or length of the liquid flow, (iii) reducing the size of the liquid globules in the fluid before or during atomization. are doing. In fact, impingement and shear mixing through one or more orifices in nozzle 10 occur only with two-phase fluids, including gas and liquid phases.

【0015】 流体は、十分な剪断混合のために、容積基準で(ガス対液体容積比が、少なく
とも2:1)主としてガスを有しているのが好ましい。ノズル10を通過した単
一相流体(液体)は、ノズル10の圧力降下に直接比例して増大する運動エネル
ギーを有している。2相流体では、ガス速度は、液相の速度に対して、(i)衝
突混合域22において、(ii)剪断混合域24において、(iii)流体入口
14aの流体導管上流より狭い断面領域のオリフィス(圧力減少オリフィス)を
流体が通過するとき、相対的に増大する。
Preferably, the fluid is predominantly gaseous on a volume basis (gas to liquid volume ratio of at least 2: 1) for sufficient shear mixing. The single-phase fluid (liquid) passing through the nozzle 10 has a kinetic energy that increases in direct proportion to the pressure drop of the nozzle 10. For two-phase fluids, the gas velocity is relative to the velocity of the liquid phase, (i) in the impingement mixing zone 22, (ii) in the shear mixing zone 24, and (iii) in the cross-sectional area narrower than the fluid conduit upstream of the fluid inlet 14a. As the fluid passes through the orifice (pressure reducing orifice), it relatively increases.

【0016】 気液相間の速度差により、特に、熱いFCC原料油のような粘性液体では、液
体のリガメンテーションとなる。リガメンテーションとは、液体が細長い小球ま
たは流れを形成することを意味している。速度の差は剪断混合中に減少する。こ
のように、2相流体を減圧オリフィスに通過させるか、衝突混合域22で混合す
ると、ガスと液体の間に速度差ができて、液体が細長いリガメントおよび/また
は分散した液滴に剪断されるため、ガス中に液体がリガメンテーションおよび/
または分散する。液体の更なる剪断は、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内に配置された1つ以上の霧化オリフ
ィスを通過するときに生じる。追加の剪断により、霧化スプレーの最終液滴サイ
ズも減少する。ノズル出口14b(オリフィス30)の断面領域は、流体開口部
26、26’の断面領域の合計より小さいほうが好ましい。
The velocity difference between the gas and liquid phases leads to liquid religation, especially in viscous liquids such as hot FCC feedstocks. Riggation means that the liquid forms elongated globules or streams. The difference in speed decreases during shear mixing. Thus, as the two-phase fluid passes through the vacuum orifice or mixes in the impingement mixing zone 22, there is a velocity difference between the gas and the liquid, which shears the liquid into elongated ligaments and / or dispersed droplets. Therefore, liquid in the gas is religated and / or
Or disperse. Further shearing of the liquid occurs as the fluid enters the fluid inlet 14 a (openings 26, 26 ′) of the nozzle 10 and passes through one or more atomizing orifices located in the fluid passage 14. The additional shear also reduces the final droplet size of the atomizing spray. The cross-sectional area of the nozzle outlet 14b (orifice 30) is preferably smaller than the sum of the cross-sectional areas of the fluid openings 26, 26 '.

【0017】 ノズル10は、また、霧化オリフィスの圧力上流より低い圧力で霧化域68を
備えてもよい。霧化域68は、ノズル10内またはノズル10に取付けられたス
プレー分散器64の一部として構成されてもよい。従って、霧化オリフィスを通
過する流体中のガスは急激に膨張し、これによって、液体流れおよび/または液
滴が霧化域68に分散される。流れは、霧化中に2つ以上の液滴に破壊される。
霧化域は、容易に判別できる剪断混合域24からの別個のオリフィス下流である
か、または図6(b)に示すように、剪断混合域24において最も小さい断面領
域の霧化域68を備えていてもよい。後者の場合、流体霧化は剪断混合域24で
始まる。
The nozzle 10 may also include an atomization zone 68 at a pressure lower than the pressure upstream of the atomization orifice. The atomization zone 68 may be configured as part of the spray distributor 64 within or attached to the nozzle 10. Accordingly, the gas in the fluid passing through the atomization orifice expands rapidly, thereby dispersing the liquid stream and / or droplets into the atomization zone 68. The stream is broken into two or more droplets during atomization.
The atomization zone is either a separate orifice downstream from the shear mixing zone 24 that can be easily discerned, or comprises an atomization zone 68 of the smallest cross-sectional area in the shear mixing zone 24, as shown in FIG. May be. In the latter case, fluid atomization begins at the shear mixing zone 24.

【0018】 最も厳格で技術的な意味としては、霧化とは、蒸気または他の霧化ガスを、霧
化すべき液体に混合または注入するときに、液体の表面積を増大させることであ
る。本発明において、霧化とは、流体が霧化オリフィスを通過するにつれて、液
相が破壊または破壊され始めて気相で別個の塊となり、これが続いて、流体が下
流を続け、液体が気相に分散された液滴スプレーへと噴霧されることを意味して
いる。
In the most rigorous and technical sense, atomization means increasing the surface area of a liquid as it is mixed or injected with a vapor or other atomizing gas into the liquid to be atomized. In the present invention, atomization means that as the fluid passes through the atomization orifice, the liquid phase begins to break or break up into a discrete mass in the gas phase, which is followed by the fluid continuing downstream and the liquid moving into the gas phase. It is meant to be sprayed into a dispersed droplet spray.

【0019】 本発明は、液体の霧化方法と装置の両方に係わり、液体は衝突と剪断混合の両
方を経験する。衝突混合と剪断混合は、両方とも、少なくとも1つの膨張域20
、衝突混合域22および剪断混合域24を形成する中空ノズル10の内部を通っ
て縦方向に伸びている流体通路14で生じる。流体通路14は、両端で開いてい
る(流体入口14a、流体出口14b)。流体入口14aは、ノズル上流端16
にあり、流体出口14bはノズル下流端18にある。
The present invention relates to both a method and apparatus for atomizing a liquid, wherein the liquid experiences both impingement and shear mixing. Both impingement mixing and shear mixing provide at least one expansion zone 20.
, A fluid passage 14 extending longitudinally through the interior of the hollow nozzle 10 forming an impingement mixing zone 22 and a shear mixing zone 24. The fluid passage 14 is open at both ends (fluid inlet 14a, fluid outlet 14b). The fluid inlet 14a is connected to the nozzle upstream end 16
And the fluid outlet 14b is at the downstream end 18 of the nozzle.

【0020】 本発明の方法の実施態様において、ガスと霧化すべき液体を含む2相流体であ
る少なくとも2つの別個のストリームは、圧力下、衝突混合域22と剪断混合域
24を同時および順次通過する。衝突混合域22において、別個のストリームが
混合されて、各ストリームの少なくとも一部を互いにぶつける、または衝突させ
ることにより単一混合ストリームを形成する。
In an embodiment of the method of the present invention, at least two separate streams, two-phase fluids containing gas and the liquid to be atomized, pass simultaneously and sequentially under pressure through impingement mixing zone 22 and shear mixing zone 24. I do. In the impingement mixing zone 22, the separate streams are mixed to form a single mixed stream by hitting or impinging at least a portion of each stream on each other.

【0021】 衝突混合域22において、別個のストリームは、衝突により大半(>50%)
が混合される。剪断混合とは、混合が主に剪断力により生じることを意味してい
る。2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1
5°〜90°、衝突するストリーム間の合計狭角が約30°〜約180°のとき
生じ、180°であると最も激しい無秩序な混合がなされる。剪断混合は、半角
が約0°〜約15°のとき生じる。
In the collision mixing zone 22, separate streams are mostly (> 50%) due to collisions
Are mixed. Shear mixing means that the mixing occurs mainly by shear forces. Impingement mixing between two fluid streams is such that the half angle between the streams is at least 1
It occurs between 5 ° and 90 °, where the total narrow angle between the impinging streams is between about 30 ° and about 180 °, with 180 ° providing the most severe chaotic mixing. Shear mixing occurs when the half angle is from about 0 ° to about 15 °.

【0022】 実際、衝突混合域22の各流体ストリームの少なくとも一部(例えば≧20%
)は、また、下流方向に平行な流れ成分も有しており、衝突によって衝突混合域
22において混合がすべて生じるわけではない。好ましい実施態様において、各
流体ストリームの少なくとも側部外側または周囲部分は、衝突混合域22におい
て他方に向いており、好ましくは、流体の縦方向の流れ(通常方向または全流体
流れ方向)に対し90°±30°法線の角度、好ましくは90°±10°、より
好ましくは90°±5°、さらに好ましくは90°±2°、最も好ましくは約9
0°(または図面に示すようにy軸に対して実質的に平行)である。衝突混合域
22、剪断混合域24における流体の膨張は最小にされる。
In practice, at least a portion (eg, ≧ 20%) of each fluid stream in impingement mixing zone 22
) Also have a flow component that is parallel in the downstream direction, and not all mixing occurs in the impingement mixing zone 22 due to collisions. In a preferred embodiment, at least the lateral outer or peripheral portion of each fluid stream is oriented towards the other in the impingement mixing zone 22 and is preferably 90 to the longitudinal flow (normal direction or total fluid flow direction) of the fluid. ° ± 30 ° normal angle, preferably 90 ° ± 10 °, more preferably 90 ° ± 5 °, even more preferably 90 ° ± 2 °, most preferably about 9 °.
0 ° (or substantially parallel to the y-axis as shown in the drawing). Fluid expansion in the impingement mixing zone 22, shear mixing zone 24 is minimized.

【0023】 衝突混合域22、剪断混合域24および霧化域68は、全て流動連通である。
衝突後、混合ストリームは、剪断混合域24を通過し、そこで混合されたストリ
ームがさらに混合される。衝突および剪断混合域22、24は、流体通路14の
各上流および下流部分を有している。衝突混合域22の下流端は、衝突混合域と
剪断混合域の界面で剪断混合域の上流端と流動連通している。衝突および剪断混
合により流体に与えられる運動エネルギーは、単一ストリームを形成し、霧化す
るとガス連続相に分散された液体小滴を生成する。ノズル通過後の気相に分散さ
れた液滴の平均サイズは、ノズルの上流より小さい(少なくとも10%小さく、
好ましくは少なくとも50%小さい)。
The impingement mixing zone 22, shear mixing zone 24 and atomization zone 68 are all in flow communication.
After impact, the mixed stream passes through a shear mixing zone 24, where the mixed stream is further mixed. The impingement and shear mixing zones 22, 24 have respective upstream and downstream portions of the fluid passage 14. The downstream end of the impingement mixing zone 22 is in flow communication with the upstream end of the shear mixing zone at the interface between the collision mixing zone and the shear mixing zone. The kinetic energy imparted to the fluid by impingement and shear mixing forms a single stream that upon atomization produces liquid droplets dispersed in the gas continuous phase. The average size of the droplets dispersed in the gas phase after passing through the nozzle is smaller than upstream of the nozzle (at least 10% smaller,
Preferably at least 50% smaller).

【0024】 剪断混合域24は、スプレー分散器64の噴霧器または霧化域68と流動連通
しており、ここに記載するように、霧化域68は剪断混合域24の一部として構
成されてもよい。
The shear mixing zone 24 is in flow communication with the atomizer or atomization zone 68 of the spray disperser 64, and as described herein, the atomization zone 68 is configured as part of the shear mixing zone 24. Is also good.

【0025】 噴霧器は、剪断混合域24の最も小さい断面領域より小さな断面領域のオリフ
ィスを有してもよく、これがあると、噴霧器の圧力降下となり、そして、低圧霧
化域68に入ると2相流体がさらに剪断される。例えば、図4(a)において、
噴霧器は、分散器入口158またはノズルオリフィス30を有している。この剪
断により、液滴サイズがさらに減少する。流体が霧化域68を通過する際、急激
に膨張して、霧化液滴スプレーを生成する。この急激な膨張と液滴スプレーの生
成が霧化である。
The nebulizer may have an orifice with a smaller cross-sectional area than the smallest cross-sectional area of the shear mixing zone 24, which results in a nebulizer pressure drop and a two-phase when entering the low pressure atomization zone 68. The fluid is further sheared. For example, in FIG.
The atomizer has a disperser inlet 158 or nozzle orifice 30. This shearing further reduces the droplet size. As the fluid passes through the atomization zone 68, it expands rapidly to create an atomized droplet spray. This rapid expansion and generation of a droplet spray is atomization.

【0026】 剪断混合域24の流体出口は、所望の形態でスプレーを形成するスプレー分散
器64と流動連通している。スプレー分散器64は、霧化域68の一部を構成し
ているが、ノズル10の一部を構成していなくてもよい。スプレー分散器64を
用いて、霧化前、液相のコアレッセンスを最小にするのが好ましい。他の実施態
様において、剪断混合域24は、両端で開いた中空流体導管と、霧化オリフィス
と、その下流端にスプレー分散器とを有する噴霧器と流動連通していてもよい。
本実施態様において、流体流れの方向に垂直な導管の断面領域は、剪断混合域2
4と霧化オリフィスのうち最小な断面領域よりも大きいことが好ましい。これに
より、流体が噴霧器を流れる際、液相のアグロメレーションまたはコアレッセン
スが最小となる。
The fluid outlet of the shear mixing zone 24 is in flow communication with a spray disperser 64 that forms a spray in the desired form. The spray disperser 64 forms a part of the atomization area 68, but does not have to form a part of the nozzle 10. Preferably, the spray disperser 64 is used to minimize coalescence of the liquid phase prior to atomization. In other embodiments, the shear mixing zone 24 may be in flow communication with an atomizer having a hollow fluid conduit open at both ends, an atomizing orifice, and a spray distributor at its downstream end.
In this embodiment, the cross-sectional area of the conduit perpendicular to the direction of fluid flow is the shear mixing zone 2
4 and the orifice are preferably larger than the smallest cross-sectional area. This minimizes agglomeration or coalescence of the liquid phase as the fluid flows through the nebulizer.

【0027】 本方法および装置は、大容量の熱い原料油をFCCユニットのライザー反応域
に導入して霧化し、混合域22、24および噴霧器の圧力降下を最小にしつつ、
比較的小さな原料液滴サイズと、霧化原料液滴を均一な液滴サイズ分布とするの
に有用である。例えば、直径4インチのノズルであれば、ノズルの圧力降下が、
1平方インチ当たり50ポンド(psi)未満、好ましくは1平方インチ当たり
40ポンド(psi)未満、で1秒当たり30ポンドの熱い原料油を霧化するこ
とが可能である。FCC原料油の霧化に用いるときは、ノズル10は、後述する
ように、ノズル10を収容する原料インジェクタ182(図7参照)の一部を構
成する。一般に、複数の原料インジェクタ182を用いる。好ましくは、ライザ
ー下部に近接したFCC反応域の上流端の周囲に配置される。熱い原料油は、通
常、ノズル10の上流蒸気(および/または、その他分散/霧化ガス)と混合さ
れて、蒸気相と熱いFCC原料油液相とを含む2相流体を形成する。この混合は
、また、流れる2相流体の速度も増大させる。ノズル10の上流蒸気と油の混合
は、公知の蒸気その他分散ガス散布手段により、原料インジェクタ182におい
てなされる。
[0027] The method and apparatus introduces a large volume of hot feedstock into the riser reaction zone of the FCC unit and atomizes it while minimizing pressure drops in the mixing zones 22, 24 and the atomizer.
It is useful for relatively small source droplet sizes and for providing atomized source droplets with a uniform droplet size distribution. For example, for a 4 inch diameter nozzle, the nozzle pressure drop is
It is possible to atomize 30 pounds per second of hot feedstock at less than 50 pounds per square inch (psi), preferably less than 40 pounds per square inch (psi). When used for atomizing FCC raw material oil, the nozzle 10 forms a part of a raw material injector 182 (see FIG. 7) that houses the nozzle 10 as described later. Generally, a plurality of raw material injectors 182 are used. Preferably, it is located around the upstream end of the FCC reaction zone close to the riser bottom. The hot feedstock is typically mixed with steam upstream of nozzle 10 (and / or other dispersing / atomizing gas) to form a two-phase fluid that includes a vapor phase and a hot FCC feedstock liquid phase. This mixing also increases the velocity of the flowing two-phase fluid. Mixing of the steam and oil upstream of the nozzle 10 is performed in the raw material injector 182 by a known steam or other dispersed gas spraying means.

【0028】 2相流体ストリームは、好ましくはスプリッタ28を用いて、別個の2ストリ
ームに分離または分割される。図5に示されるような一実施態様において、両ス
トリームは、同時にスプリッタ28と別個な流体開口部26、26’を流れる。
スプリッタ28は、流体入口14aに適宜配置され、スプリッタ28と流体通路
14が少なくとも2つの流体開口部26、26’を形成するようにする。流体開
口部26、26’は対称、同一であるのが好ましく、流体通路14の縦軸(図面
のx軸)から側部に等間隔である。
The two-phase fluid stream is separated or split into two separate streams, preferably using a splitter 28. In one embodiment, as shown in FIG. 5, both streams flow simultaneously through splitter 28 and separate fluid openings 26, 26 '.
A splitter 28 is suitably located at the fluid inlet 14a such that the splitter 28 and the fluid passage 14 form at least two fluid openings 26, 26 '. The fluid openings 26, 26 'are preferably symmetric and identical, and are equally spaced from the longitudinal axis (x-axis in the drawing) of the fluid passage 14 to the sides.

【0029】 衝突混合域22において、流れ成分が各ストリームに与えられて、放射状に内
側に、好ましくは流体通路14の縦軸に対し垂直に(図面のy軸に沿って、また
は実質的に平行に)向けられている。流れ成分は、放射状に内側に向けられた対
応する流れ成分を有する別のストリームの少なくとも一部に向けられている。各
ストリームの少なくとも一部は、他方に衝突し、その結果、激しい衝突混合がな
され、それに伴って液滴サイズが減少する。得られた混合流体ストリームは、剪
断混合域24に入って、衝突混合域22で生じるより少ない圧力降下でさらに混
合される。混合ストリームは、低圧霧化域68に流れる。
In the impingement mixing zone 22, a flow component is applied to each stream, radially inward, preferably perpendicular to the longitudinal axis of the fluid passage 14 (along the y-axis of the drawing or substantially parallel thereto). To). The flow component is directed to at least a portion of another stream having a corresponding flow component directed radially inward. At least a portion of each stream impinges on the other, resulting in vigorous impingement mixing and a corresponding decrease in droplet size. The resulting mixed fluid stream enters the shear mixing zone 24 and is further mixed with a lower pressure drop than occurs in the impingement mixing zone 22. The mixed stream flows to the low pressure atomization zone 68.

【0030】 流体流れ方向に対し法線の霧化オリフィスの断面領域は、流体をノズル10に
供給する流体導管164(図5参照)の断面領域より一般に小さい。これにより
、オリフィス30を通って、低圧霧化域68へと流れる流体の速度が増大する。
オリフィス30の断面領域は、また流体開口部26、26’の断面領域の合計よ
り小さいことが好ましい。この速度増大により、2相流体がさらに剪断されて、
気相の急激な膨張と組み合わさって、液滴のサイズがさらに減じる。
The cross-sectional area of the atomizing orifice, which is normal to the direction of fluid flow, is generally smaller than the cross-sectional area of the fluid conduit 164 (see FIG. 5) that supplies fluid to the nozzle 10. This increases the velocity of the fluid flowing through the orifice 30 to the low pressure atomization zone 68.
The cross-sectional area of the orifice 30 is also preferably smaller than the sum of the cross-sectional areas of the fluid openings 26, 26 '. This increase in velocity further shears the two-phase fluid,
Combined with the rapid expansion of the gas phase, the size of the droplets is further reduced.

【0031】 スプレー分散器64は、その上流および下流端で開いた扇状の流体通路154
を内部に有する、膨張した扇状としてもよい。スプレー分散器64は、霧化スプ
レーの形状を制御するために、霧化オリフィスの下流側に近接配置されるのが好
ましい。スプレー分散器64は、ノズル10の一部として構成されてもされなく
ても構わないが、ピン接続をはじめとする通常の手段によりノズル10に取り付
けられるのが好ましい。スプレー分散器64の他の実施態様を、図2(a)〜図
2(d)を用いて説明する。
The spray distributor 64 has a fan-shaped fluid passage 154 that is open at its upstream and downstream ends.
May be formed in an expanded fan shape. The spray disperser 64 is preferably located proximate downstream of the atomizing orifice to control the shape of the atomized spray. The spray disperser 64 may or may not be configured as part of the nozzle 10, but is preferably attached to the nozzle 10 by conventional means such as pinning. Another embodiment of the spray disperser 64 will be described with reference to FIGS. 2 (a) to 2 (d).

【0032】 本発明の装置は、ノズルを通って延在する縦軸(x軸)を有する単一流体通路
14をもつノズルを備えている。上流端部16の流体入口14aに、少なくとも
2つの流体開口部26、26’と、下流端18のオリフィスで終わっている少な
くとも1つの流体出口14bがある。入口14aと出口14bは、縦軸に沿って
縦方向に間隔があいている。流体通路14の衝突混合域22部分の断面領域は、
その上流端より下流端で小さい。流体通路14における剪断混合域24部分の断
面領域の少なくとも一部は、流体出口14bの方向に減少または収束している。
一実施態様において、流体通路14は、少なくとも2組の間隔をあけて対向する
側壁により形成されている。各組の各壁は、縦軸から等間隔になっている。側壁
間の領域は、全体に矩形断面であってもよい流体通路14を形成している。
The apparatus of the present invention includes a nozzle having a single fluid passage 14 having a longitudinal axis (x-axis) extending through the nozzle. At the fluid inlet 14 a at the upstream end 16 there is at least two fluid openings 26, 26 ′ and at least one fluid outlet 14 b terminating at an orifice at the downstream end 18. The inlet 14a and the outlet 14b are vertically spaced along the longitudinal axis. The cross-sectional area of the collision mixing area 22 of the fluid passage 14 is:
It is smaller at the downstream end than at its upstream end. At least a portion of the cross-sectional area of the shear mixing zone 24 in the fluid passage 14 decreases or converges toward the fluid outlet 14b.
In one embodiment, fluid passage 14 is formed by at least two sets of spaced-apart opposing sidewalls. Each wall of each set is equidistant from the vertical axis. The region between the side walls forms a fluid passage 14 which may be generally rectangular in cross section.

【0033】 流体通路14の断面領域は、y軸に沿った第1の寸法か、z軸に沿った第2の
寸法において、少なくとも1組の対向する壁の少なくとも一部間の距離を変える
ことにより変更してもよい。ある実施態様において、剪断混合域24の断面領域
は、流体出口14bの方向に減少または収束している。他の実施態様において、
剪断混合域24の断面領域は、流体出口14bに向かう途中で減少しており、剪
断混合域24が出口14bに向かうにつれて増大してもよい。断面領域は、いず
れかの方向(第1または第2の寸法)、すなわちz軸かy軸に沿って、変更して
もよい。流体通路14の断面領域は、流体開口部26、26’近傍の衝突混合域
22の上流端で最大である。他の実施態様においては、y軸に沿った距離は、z
軸に沿った距離が長くなるにつれて同じ割合で減少することから、剪断混合域2
4の断面領域は変わらない。
The cross-sectional area of the fluid passage 14 varies a distance between at least a portion of at least one pair of opposing walls in a first dimension along the y-axis or a second dimension along the z-axis. May be changed. In some embodiments, the cross-sectional area of the shear mixing zone 24 decreases or converges in the direction of the fluid outlet 14b. In other embodiments,
The cross-sectional area of the shear mixing zone 24 decreases on the way to the fluid outlet 14b and may increase as the shear mixing zone 24 approaches the outlet 14b. The cross-sectional area may change along any direction (first or second dimension), ie, along the z-axis or y-axis. The cross-sectional area of the fluid passage 14 is greatest at the upstream end of the impingement mixing zone 22 near the fluid openings 26, 26 '. In another embodiment, the distance along the y-axis is z
As the distance along the axis increases at the same rate, the shear mixing zone 2
The cross-sectional area of No. 4 does not change.

【0034】 図1(a)〜図1(d)に、ノズル10の一実施態様を示す。ノズル10は、
単体で、流体入口14a(開口部26、26’)と流体出口14bを有する、通
常、縦の流体通路14を内部に有する本体12を備えている。流体通路14は、
ノズル10の縦軸(x軸)と符号する縦軸(x軸)を有している。流体通路14
の上流および下流端は、ノズル10の各上流端16、下流端18に位置している
FIG. 1A to FIG. 1D show one embodiment of the nozzle 10. Nozzle 10
By itself, it comprises a body 12 having a generally vertical fluid passage 14 therein having a fluid inlet 14a (openings 26, 26 ') and a fluid outlet 14b. The fluid passage 14 is
It has a vertical axis (x-axis) that corresponds to the vertical axis (x-axis) of the nozzle 10. Fluid passage 14
Are located at the respective upstream end 16 and downstream end 18 of the nozzle 10.

【0035】 図1(b)を見ると、流体通路14には矩形断面があり、3つの連続域(膨張
域20、衝突混合域22、剪断混合域24)に分かれており、これらはすべて流
動連通であり、直接流動連通において近接した域である。
Referring to FIG. 1 (b), the fluid passage 14 has a rectangular cross section and is divided into three continuous zones (expansion zone 20, impingement mixing zone 22, shear mixing zone 24), all of which flow. It is a communication area and a close area in direct flow communication.

【0036】 図1(a)を参照すると、流体入口14aは、スプリッタ28により分離され
た一対の対称で同一な円形セグメント形状の流体開口部26、26’を有してい
る。スプリッタ28は、流体入口14aを二分して流れる2相の流体ストリーム
を、流体開口部26、26’を流れる別個の2ストリームに分割する矩形平板か
ら構成される。スプリッタ28の端部は、各流体入口26、26’の弦状部分を
形成している。
Referring to FIG. 1A, the fluid inlet 14 a has a pair of symmetric, identical circular segment-shaped fluid openings 26, 26 ′ separated by a splitter 28. Splitter 28 is comprised of a rectangular flat plate that divides a two-phase fluid stream flowing in two through fluid inlet 14a into two separate streams flowing through fluid openings 26, 26 '. The end of the splitter 28 forms a chordal portion of each fluid inlet 26, 26 '.

【0037】 流体通路14の下流端部は、非円形な出口オリフィス30を備えている。本実
施態様において、オリフィス30は正方形である。他の形状も用いてよいが、非
円形オリフィス30が好ましい。オリフィス30は、噴霧器または霧化域68の
少なくとも一部を構成していてもいなくてもよい。非円形状のオリフィス34は
、また、円形や弓形のオリフィスよりも均一なサイズ分布の霧化油液滴を生成す
る。
The downstream end of the fluid passage 14 has a non-circular outlet orifice 30. In this embodiment, the orifice 30 is square. Non-circular orifices 30 are preferred, although other shapes may be used. The orifice 30 may or may not constitute at least a portion of the atomizer or atomization zone 68. Non-circular orifices 34 also produce atomized oil droplets with a more uniform size distribution than circular or arcuate orifices.

【0038】 図1(b)〜図1(d)を参照すると、流体通路14は、異なる二対の対向壁
(36−38−23)−(36’−38’−23’)と34−34’により形成
されている。壁34、34’は、同一、平坦、平行で矩形状であるが、36−3
8−23および36’−38’−23’は対称である。対壁の同じ点は、各壁の
縦軸から等距離であり、壁(36−38−23)−34と(36’−38’−2
3’)−34’は、それぞれ直角となるように交差しているが、実施態様によっ
ては、交差点が孤形を描いたり、完全にR形状になっている。壁36−38−2
3および36’−38’−23’は、それぞれノズル10の縦軸に垂直な弓形ま
たは円形で上流から始まり、原料導管164(図5参照)および流体開口部26
、26’の円形または弓形状に実質的に沿っている。流体通路14の形状は、剪
断混合域24への入口で階段(ステップ)38−38’(ここでは、衝突混合表
面とも呼ばれる)まで流体通路14に沿って維持される。剪断混合域24におい
て、流体通路14の形状をオリフィス30まで続く平らな四角形状に変更して、
衝突混合運動量をより効率的に利用してもよい。
With reference to FIGS. 1B to 1D, the fluid passage 14 has two different pairs of opposing walls (36-38-23)-(36'-38'-23 ') and 34-. 34 '. The walls 34, 34 'are identical, flat, parallel and rectangular in shape, but 36-3.
8-23 and 36'-38'-23 'are symmetric. The same point on the opposite wall is equidistant from the longitudinal axis of each wall, and the walls (36-38-23) -34 and (36'-38'-2)
3 ')-34' intersect at right angles, however, depending on the embodiment, the intersection may be arc-shaped or completely R-shaped. Wall 36-38-2
3 and 36'-38'-23 'start from the upstream in an arc or circle perpendicular to the longitudinal axis of the nozzle 10, respectively, the feed conduit 164 (see FIG. 5) and the fluid opening 26.
, 26 'substantially along the circular or arcuate shape. The shape of the fluid passage 14 is maintained along the fluid passage 14 at the entrance to the shear mixing zone 24 up to steps 38-38 '(also referred to herein as impingement mixing surfaces). In the shear mixing zone 24, the shape of the fluid passage 14 is changed to a flat square shape that continues to the orifice 30,
The collision mixing momentum may be used more efficiently.

【0039】 流体開口部26、26’は、直径方向に放射状になり等間隔で、縦軸から間隔
があいている。開口部26、26’を併せた断面領域は、流体が導入する剪断混
合域24の圧力降下を減じるために、膨張域20の断面領域より小さいが、階段
38、38’の下流の断面領域よりは広い。流体開口部26、26’は、その断
面領域が図5に示すように、流体導管164の断面領域より小さいため、速度を
増大させる。
The fluid openings 26, 26 ′ are radially radial and equidistantly spaced from the longitudinal axis. The cross-sectional area together with the openings 26, 26 'is smaller than the cross-sectional area of the expansion zone 20, but less than the cross-sectional area downstream of the steps 38, 38', to reduce the pressure drop in the shear mixing zone 24 where the fluid is introduced. Is wide. The fluid openings 26, 26 'increase velocity because their cross-sectional area is smaller than the cross-sectional area of the fluid conduit 164, as shown in FIG.

【0040】 図1(b)を参照すると、2相流体ストリームが、スプリッタ28で2つの等
しいストリームに分割され、開口部26、26’を通って流体通路に流入する。
スプリッタ28の圧力降下は、用途によっては大きすぎる場合があるため、流体
をノズルに導入するのに低圧力降下手段を用いることができる。軽い気相は、重
い液相より早く加速されるため、開口部26、26’を通って膨張域20に入る
流れが剪断力を与える。膨張域20は、霧化域68のように、流体が自由に膨張
できないという点で制御された膨張域20といえる。膨張域20は、圧力降下が
まるで存在しない程度まで減じる。
Referring to FIG. 1 (b), the two-phase fluid stream is split into two equal streams at splitter 28 and enters the fluid passage through openings 26, 26 ′.
Since the pressure drop of the splitter 28 may be too large for some applications, low pressure drop means may be used to introduce fluid to the nozzle. Since the light gas phase is accelerated faster than the heavy liquid phase, the flow entering the expansion zone 20 through the openings 26, 26 'provides shear. The expansion zone 20 is a controlled expansion zone 20 in that the fluid cannot expand freely, as in the atomization zone 68. The expansion zone 20 is reduced to such an extent that there is no pressure drop.

【0041】 両ストリームの少なくとも外周部分は、直角階段(衝突表面)38−38’に
直接衝撃を与え、または衝突し、放射状に内側に力を加えて、衝突混合域22に
おいて他の衝突ストリームに直接衝突する。直角衝突表面または階段38−38
’の実施態様において、衝突流体の狭角は180°である。このように、衝突表
面は、x軸に法線のy−z面で形成される。衝撃は、両ストリームの放射状の内
側成分を、実質的に流体通路14の縦軸に向けて、衝突混合を最大とする。
At least the outer peripheral portion of both streams directly impacts or collides with the right-angled steps (collision surfaces) 38-38 ′, applying a radially inward force to the other collision streams in the collision mixing zone 22. Collide directly. Right angle impact surface or stairs 38-38
In the 'embodiment, the narrow angle of the impinging fluid is 180 °. Thus, the collision surface is formed by the yz plane normal to the x-axis. The impulse directs the radially inner components of both streams substantially toward the longitudinal axis of the fluid passage 14 to maximize impingement mixing.

【0042】 流体が下流し、剪断混合域24に入り、そこで、下流方向に断面領域が減じ、
流れ速度が増大し、主に剪断力により液滴サイズをさらに減じる。衝突混合域2
2から剪断混合域24まで急激な変化はないが、剪断混合は、階段38−38’
の下流で始まる。剪断混合域24を形成している一対の対向壁23、23’は傾
斜しており、内側に向いたオリフィス30を収束している。剪断混合域24の断
面領域が漸減して流体速度が増大し、好ましくは、最大流体速度がオリフィス3
0で生じる。
The fluid is downstream and enters the shear mixing zone 24, where the cross-sectional area decreases in the downstream direction,
The flow velocity increases, further reducing the droplet size, mainly due to shear forces. Collision mixing zone 2
There is no abrupt change from 2 to the shear mixing zone 24, but the shear mixing is performed in steps 38-38 '.
Begins downstream of The pair of opposing walls 23, 23 'forming the shear mixing zone 24 are inclined and converge the inwardly facing orifice 30. The cross-sectional area of the shear mixing zone 24 gradually decreases and the fluid velocity increases, and preferably the maximum fluid velocity is
Occurs at 0.

【0043】 図示しない他の実施態様において、ガスと液体の2相混合物を含むどんな簡便
な供給源からの別個な二流体ストリームも、流体開口部26、26’を通って流
体通路14へと通過する。本実施態様において、別個の二原料ラインは、所望な
流体入口速度が得られるサイズとしなければならない。
In another embodiment, not shown, a separate two-fluid stream from any convenient source, including a two-phase mixture of gas and liquid, passes through fluid openings 26, 26 ′ to fluid passage 14. I do. In this embodiment, the separate dual feed lines must be sized to provide the desired fluid inlet velocity.

【0044】 図2(a)に、複数の積層金属平板50−62からできたノズル10の、他の
実施態様を示す。理解し易くするために流体通路14内にある平板50−62の
交差線は図示していない。個々の金属平板は、平板を通って延在する孔、スロッ
トまたはオリフィスのような必要な通路を備えて作成される。それらは合わせて
積み重ねられ、ボルト止めおよび/または拡散接合されて、ノズル10を形成す
る。上流端16から始まって、平板50は、図1(b)に示したと同様なストリ
ームスプリッタ28により形成される円形セグメント形状の二開口部26、26
’をもつディスクを有している。図2(d)に平板56を示す。平板56は、オ
リフィス15の逆側に2つの肩部80、80’を有している。肩部80、80’
およびオリフィス15は、衝突表面(階段)38、38’を適正に形成するよう
なサイズおよび構成とされる。下流に行き、これに続く各平板におけるオリフィ
ス15のサイズは、図1(b)に示した剪断混合域24の収束と同様に減少する
。これに続く各ディスク57−62の放射状になった内側階段は、それぞれ肩部
80、80’と同量である放射状の内側運動量を与えるのに十分大きくはないが
、放射状の内側混合成分を流体流れに与える。剪断混合域24を形成する平板の
オリフィス15は、異なる第1の寸法を有しており、剪断混合域24を形成する
各平板のオリフィス15の第1の寸法は、その前にある平板のオリフィス15の
第1の寸法より小さい。好ましくは、剪断混合域24を形成する少なくとも1枚
の平板のオリフィス15は異なる第2の寸法を有しており、剪断混合域24を形
成する各平板のオリフィス15の第2の寸法は、その前にある平板のオリフィス
15の第2の寸法より大きい。
FIG. 2A shows another embodiment of the nozzle 10 made of a plurality of laminated metal flat plates 50-62. The intersection of the flat plates 50-62 in the fluid passage 14 is not shown for clarity. Individual metal slabs are made with the necessary passages, such as holes, slots or orifices, extending through the slab. They are stacked together, bolted and / or diffusion bonded to form the nozzle 10. Starting from the upstream end 16, the flat plate 50 is divided into two circular segment-shaped openings 26, 26 formed by a stream splitter 28 similar to that shown in FIG.
Have a disk with '. FIG. 2D shows the flat plate 56. The plate 56 has two shoulders 80, 80 'opposite the orifice 15. Shoulders 80, 80 '
And orifice 15 is sized and configured to properly form impact surfaces (steps) 38, 38 '. Going downstream, the size of the orifice 15 in each succeeding plate decreases as well as the convergence of the shear mixing zone 24 shown in FIG. 1 (b). The subsequent radial inner steps of each disk 57-62 are not large enough to provide radial inner momentum equal to shoulders 80, 80 ', respectively, but provide radial inner mixing components with fluid. Give to the flow. The orifices 15 of the flat plate forming the shear mixing zone 24 have different first dimensions, and the first dimension of the orifice 15 of each flat plate forming the shear mixing zone 24 is determined by the orifice of the preceding flat plate. 15 smaller than the first dimension. Preferably, at least one plate orifice 15 forming the shear mixing zone 24 has a different second dimension, and the second dimension of each plate orifice 15 forming the shear mixing zone 24 is It is larger than the second dimension of the front plate orifice 15.

【0045】 図2(a)を参照すると、ノズル10は、また、下流端10に配置され、流体
出口14bと流動連通して、霧化液体の平らな扇形スプレーを生成するスプレー
分散器も含む。分散器64は、ノズル10に溶接、ボルト止め、ろう付け、その
他により取り付けられ、その一部を形成している。図示するように、分散器64
には、分散器をノズル10へ効果的に取り付けるフランジ63がある。分散器6
4は、オリフィス30と実質的に同じサイズおよび/または形状で構成された通
路70(入口70a)を有している。ただし、通路70の断面領域は、所望なス
プレー形状の形成を促すために適宜変えてもよい。
Referring to FIG. 2 (a), the nozzle 10 also includes a spray disperser disposed at the downstream end 10 and in flow communication with the fluid outlet 14b to create a flat fan spray of atomized liquid. . Disperser 64 is attached to, and forms a part of, nozzle 10 by welding, bolting, brazing, or the like. As shown, the disperser 64
Has a flange 63 that effectively attaches the disperser to the nozzle 10. Disperser 6
4 has a passage 70 (inlet 70 a) configured with substantially the same size and / or shape as the orifice 30. However, the cross-sectional area of the passage 70 may be appropriately changed in order to promote formation of a desired spray shape.

【0046】 通路70は、扇形状の霧化域68を形成する対向壁の一対66−66’、74
−74’で形成された平坦で発散する扇形状のスプレー分配先端71が下流で開
いている。図2(a)に示すように、霧化域68は、オリフィス72に向かう場
合、垂直に(y軸に沿って)収束または減少する第1の寸法を有しており、第1
の寸法は、剪断混合速度を制御するために出口側よりも入口側が大きい。しかし
ながら、実施態様によっては、霧化域68の第1の寸法が一定のままでもよい。
霧化域68は、オリフィス72に向かう場合、(z軸に沿って)収束または増大
する第2の寸法を有しており、第2の寸法は、入口側よりも出口側が大きい。先
端71は、オリフィス72で終わっている。オリフィス72は、外側流れスプレ
ー方向に法線に配向されており、z軸に沿って寸法が最も長く、好ましくは孤形
を描いたり、完全にR形状である(壁74、74’)。壁74、74’は、通常
、同じ湾曲であるが、実施態様によっては、独立に湾曲の程度を選択してもよい
。好ましくは、円形に湾曲させる。湾曲部分の好ましい半径は、y軸における通
路70の寸法の約1/2である。必要とされはしないが、各壁74、74’の湾
曲半径の中心は、y軸の中心点(第1の寸法の中心点)近傍に位置している。第
1の寸法がx軸に沿って変わる実施態様においては、湾曲半径もまた変わること
がある。
The passage 70 has a pair of opposing walls 66-66 ′, 74 forming a fan-shaped atomization area 68.
A flat, diverging fan-shaped spray dispensing tip 71 formed at -74 'is open downstream. As shown in FIG. 2 (a), the atomization zone 68 has a first dimension that converges or decreases vertically (along the y-axis) toward the orifice 72;
Are larger on the inlet side than on the outlet side to control the shear mixing speed. However, in some embodiments, the first dimension of the atomization zone 68 may remain constant.
The atomization zone 68 has a second dimension that converges or increases (along the z-axis) when going to the orifice 72, the second dimension being larger on the outlet side than on the inlet side. Tip 71 terminates in orifice 72. The orifices 72 are oriented normal to the outer flow spray direction and are the longest dimensioned along the z-axis, preferably arcuate or completely R-shaped (walls 74, 74 '). The walls 74, 74 'typically have the same curvature, but in some embodiments the degree of curvature may be independently selected. Preferably, it is curved in a circular shape. The preferred radius of the curved portion is about one-half the dimension of the passage 70 in the y-axis. Although not required, the center of the radius of curvature of each wall 74, 74 'is located near the center of the y-axis (the center of the first dimension). In embodiments where the first dimension varies along the x-axis, the radius of curvature may also vary.

【0047】 図示しない実施態様の変形において、収束および/または発散寸法は、異なる
軸に沿っているが、好ましくは90°の分離の軸に沿っている。通路70または
霧化域68の第1および第2の寸法は、対向する壁間の最も広い分離点、すなわ
ち、中心または縦軸または通路70からの湾曲の最も広い点で測定するのが好ま
しい。
In a variant of the embodiment not shown, the convergence and / or divergence dimensions are along different axes, but preferably along the axis of 90 ° separation. The first and second dimensions of the passage 70 or atomization zone 68 are preferably measured at the widest separation point between the opposing walls, ie, at the center or longitudinal axis or at the widest point of curvature from the passage 70.

【0048】 一実施態様において、z軸に沿った入口70aの幅は、分散器の長さ(x軸に
沿って測定した)の約1.5倍であり、出口オリフィス72の幅は、入口70a
の幅の少なくとも約1.5倍である。
In one embodiment, the width of the inlet 70 a along the z-axis is about 1.5 times the length of the disperser (measured along the x-axis) and the width of the outlet orifice 72 is 70a
At least about 1.5 times the width of

【0049】 流体出口オリフィス30は、霧化域68および通路70へと入り、流体をさら
に剪断し、液滴サイズをさらに減じる。膨張域68は、オリフィス30より低い
圧力であり、急激に気相が膨張し、液体が霧化されて、液滴スプレーが形成され
る。これは、さらに液滴を剪断し、霧化先端71の扇形状が、図7に示すFCC
ライザーの反応域へ流れる液滴の扇形状スプレーを生成する。
The fluid outlet orifice 30 enters the atomization zone 68 and passage 70 to further shear the fluid and further reduce the droplet size. The expansion zone 68 is at a lower pressure than the orifice 30 and causes the gas phase to expand rapidly, atomizing the liquid and forming a droplet spray. This further shears the droplets, and the fan shape of the atomization tip 71 changes the FCC shown in FIG.
A fan-shaped spray of droplets flowing into the reaction zone of the riser is created.

【0050】 図3に、前述したと同じ方法で操作および構成されるノズル10の他の実施態
様を示す。図3(c)を見ると、出口オリフィス30には、孤形の側端130、
130’(好ましくは完全にR形状である)があり、前述した図2(b)に示し
たと同様に、y軸に沿った寸法よりもz軸に沿った寸法の方が長い。孤形の端1
30、130’は、分散器64の完全R端に対応させるため、完全にR形状とす
るのが好ましい。図3(b)、図3(d)に示すように、剪断混合域24は、放
射状に対向した2対の対向壁126、126’および130、130’により形
成される。壁126、126’は、下流方向で内側に収束しており、壁130、
130’は、下流方向で外側に発散している。正味の効果は、剪断混合域24の
全体に一定の断面が得られるか、または剪断混合域24において最低の断面領域
よりも約10%〜50%大きく、減少または収束し、そして発散または増大する
かのいずれかである。
FIG. 3 shows another embodiment of a nozzle 10 that is operated and configured in the same manner as described above. Referring to FIG. 3 (c), the outlet orifice 30 has an arcuate side end 130,
130 ′ (preferably completely R-shaped), and the dimension along the z-axis is longer than the dimension along the y-axis, as shown in FIG. Lonely end 1
In order to correspond to the complete R end of the disperser 64, it is preferable that the reference numerals 30 and 130 ′ have completely R shapes. As shown in FIGS. 3B and 3D, the shear mixing zone 24 is formed by two pairs of opposed walls 126, 126 ′ and 130, 130 ′ that are radially opposed to each other. The walls 126, 126 'converge inward in the downstream direction, and the walls 130, 126'
130 'diverges outward in the downstream direction. The net effect is that a constant cross-section is obtained throughout the shear mixing zone 24, or about 10% to 50% greater than the lowest cross-sectional area in the shear mixing zone 24, which decreases or converges and diverges or increases. Is either.

【0051】 言い換えると、剪断混合域24は、出口30に向かっての進行を減少するy軸
に沿った第1の寸法と、好ましくは、出口30に向かっての進行を増大するz軸
に沿った第2の寸法とを有する。
In other words, the shear mixing zone 24 has a first dimension along the y-axis that reduces progress toward the outlet 30, and preferably along a z-axis that increases progress toward the outlet 30. Having a second dimension.

【0052】 発散および収束する壁の設計により、図1に示した実施態様よりも流体の圧力
降下が低い剪断混合域24が生成される。また、図1に示した実施態様に比べて
、剪断混合域24でコアレッセンスの可能性が減じる。
The diverging and converging wall design creates a shear mixing zone 24 with a lower fluid pressure drop than the embodiment shown in FIG. Also, the possibility of coalescence is reduced in the shear mixing zone 24 as compared to the embodiment shown in FIG.

【0053】 剪断混合域24への入口は、階段38、38’の放射状の内側端および壁12
4−130、124’−130’の交差により形成される。剪断混合域24への
入口での断面領域は、剪断混合域24へ流れる流体の速度を増大するために、開
口部26、26’を組み合わせた断面領域よりも小さい。本実施態様において、
剪断混合域24の収束と発散が、図3(c)に示すような弧形端を有する矩形状
に流体流れを形成する。この形状はノズル10から分散器64への流体流れの円
滑な転向を促す。
The entrance to the shear mixing zone 24 is the radial inner end of the steps 38, 38 ′ and the wall 12
4-130, formed by the intersection of 124'-130 '. The cross-sectional area at the inlet to the shear mixing zone 24 is smaller than the combined cross-sectional area of the openings 26, 26 'to increase the velocity of the fluid flowing into the shear mixing zone 24. In this embodiment,
The convergence and divergence of the shear mixing zone 24 form a fluid flow in a rectangular shape with arcuate ends as shown in FIG. This shape facilitates a smooth diversion of fluid flow from nozzle 10 to disperser 64.

【0054】 図4(a)〜図4(c)に、前述した通常の方法で、図3(a)〜図3(d)
のノズル10にスプレー分散器64を付加した実施態様を示す。図9に示すスプ
レー分散器64は、霧化流体が扇形状スプレーへ膨張するのを制御する役割を果
たす、外側に発散する対向壁155、155’により形成される扇形状の流体通
路154を含む扇形状の本体152を備えている。壁155、155’は、通路
154の少なくとも軸に沿って、好ましくは発散して扇形状スプレーを与える丸
形完全R側端の通路154を有している。図3(a)〜図3(d)、図4(a)
〜図4(c)に示した実施態様は、孤形壁126、126’を有している。スプ
レー分散器64への流体入口158は、ノズル10中のオリフィス30に形状が
対応していて、分散器64の流体出口160は、液滴の霧化スプレーが扇形状の
スプレーに膨張し続けられるよう大きくなっている。通路154の圧力は、ノズ
ル流体通路14の圧力よりも低い。ノズル10を出て、流体通路154に入る混
合流体は、図7に示すように、出口160を通って、FCCライザー反応へと進
む液滴の扇形状スプレーへと霧化される。図5に、上流流体導管164に連結し
た霧化ノズル10、分散器64の切り欠き図を示す。導管164は、流体入口1
4a(開口部26、26’)を通じてノズル10に入るための2相流体への流れ
路を与える。
FIGS. 4A to 4C show FIGS. 3A to 3D by the above-described ordinary method.
An embodiment in which a spray disperser 64 is added to the nozzle 10 of FIG. The spray distributor 64 shown in FIG. 9 includes a fan-shaped fluid passage 154 formed by outwardly diverging opposing walls 155, 155 ', which serves to control the atomization fluid from expanding into a fan-shaped spray. A fan-shaped main body 152 is provided. The walls 155, 155 'have a rounded full R side end passage 154, preferably along at least the axis of the passage 154, to provide a divergent fan spray. 3 (a) to 3 (d), FIG. 4 (a)
4 (c) has arcuate walls 126, 126 '. The fluid inlet 158 to the spray disperser 64 corresponds in shape to the orifice 30 in the nozzle 10 and the fluid outlet 160 of the disperser 64 allows the atomized spray of droplets to continue to expand into a fan-shaped spray. It is getting bigger. The pressure in passage 154 is lower than the pressure in nozzle fluid passage 14. The mixed fluid exiting nozzle 10 and entering fluid passage 154 is atomized through outlet 160 into a fan-shaped spray of droplets that travels to the FCC riser reaction, as shown in FIG. FIG. 5 shows a cutaway view of the atomizing nozzle 10 and the disperser 64 connected to the upstream fluid conduit 164. Conduit 164 is connected to fluid inlet 1
4a (openings 26, 26 ') to provide a flow path to the two-phase fluid to enter the nozzle 10.

【0055】 図6(a)〜図6(c)に、霧化域115が剪断混合域24の一部となるよう
に構成された霧化ノズル10の他の実施態様を示す。あらゆる観点で、図6(a
)〜図6(c)に示したノズル10は、既に説明した実施態様と同様に操作され
る。図6(a)に示すように、流体開口部26、26’は、スプリッタ28の圧
力降下があまり大きくない場合には完全に孤形セグメントである必要はない。
FIGS. 6 (a) to 6 (c) show another embodiment of the atomizing nozzle 10 in which the atomizing zone 115 is configured as a part of the shear mixing zone 24. In all respects, FIG.
The nozzle 10 shown in FIG. 6 to FIG. 6 (c) operates in the same way as in the previously described embodiment. As shown in FIG. 6 (a), the fluid openings 26, 26 'need not be completely arcuate segments if the pressure drop across the splitter 28 is not too great.

【0056】 図6(b)を見ると、剪断混合域24は、完全に形成された流れ領域を有して
いる。その断面領域は、オリフィス30に進むにつれて、まず減少し、それから
増大している。剪断混合域24は、やや複雑な性質をもち、6(b)−6(b)
、6(c)−6(c)におけるノズルの二部分断面は、図6(b)、図6(c)
に示した。霧化域115は、剪断混合域24に最も小さな断面領域または帯を有
している。霧化域115は、オリフィス30近傍に配置されるのが好ましい。霧
化域115は、またオリフィス30で終わってもよい。オリフィス30は、前の
実施態様に説明し図示したと同じサイズおよび形状を有するのが好ましい。
Referring to FIG. 6 (b), the shear mixing zone 24 has a fully formed flow region. The cross-sectional area decreases first as it progresses to orifice 30 and then increases. The shear mixing zone 24 has a somewhat complicated property, and 6 (b) -6 (b)
, 6 (c) -6 (c) show two partial cross sections of the nozzle in FIGS. 6 (b) and 6 (c).
It was shown to. The atomization zone 115 has the smallest cross-sectional area or band in the shear mixing zone 24. The atomization zone 115 is preferably located near the orifice 30. Atomization zone 115 may also terminate at orifice 30. Orifice 30 preferably has the same size and shape as described and illustrated in the previous embodiment.

【0057】 剪断混合域24の第1の寸法は、剪断混合域24の少なくとも一部では第1の
割合で流体出口14bに向かって減少し、次に、剪断混合域24の残りでは第2
の割合で流体出口14bに向かって減少する。好ましくは、剪断混合域24の第
2の寸法は、剪断混合域24の少なくとも一部では第1の割合で流体出口14b
に向かって増大し、次に、剪断混合域24の残りでは第2の割合で流体出口14
bに向かって増大する。
The first dimension of the shear mixing zone 24 decreases at a first rate toward the fluid outlet 14 b in at least a portion of the shear mixing zone 24, and then the second dimension in the remainder of the shear mixing zone 24.
At the fluid outlet 14b. Preferably, the second dimension of the shear mixing zone 24 is such that at least a portion of the shear mixing zone 24 has a first rate of fluid outlet 14b
To the fluid outlet 14 at a second rate in the remainder of the shear mixing zone 24.
It increases toward b.

【0058】 操作中、2相流体が通路14を通って、低圧力霧化域115へと流れるにつれ
て、霧化域115の低圧力領域における急激なガス膨張により、そして高密度の
(圧縮不可の)液相よりも軽い圧縮可能なガスの急激な促進により、霧化が促さ
れる。これは、両者の速度がほぼ等しくなるまで相間に剪断を引き起こす。剪断
力は、霧化スプレーにおける液滴の最終サイズを減少させる。
In operation, as the two-phase fluid flows through the passage 14 to the low pressure atomization zone 115, due to the rapid gas expansion in the low pressure region of the atomization zone 115, and to a high density (incompressible) A) Atomization is promoted by the rapid promotion of compressible gas which is lighter than the liquid phase. This causes shear between the phases until the velocities are approximately equal. Shearing forces reduce the final size of the droplets in the atomizing spray.

【0059】 ノズル10は、様々な異なる方法で製造することができる。ロストワックスま
たはインベストメント鋳造プロセスを用いてもよいし、鍛練および他の鋳造プロ
セスを用いてもよい。ノズル10は、好適なセラミック、金属材料またはこれら
の組み合わせから製造してもよい。図2(a)〜図2(d)に示すように、複数
の積層された比較的薄い金属平板を用いて、中に流体通路14のあるノズル10
を製造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
び第5,455,401号に、この製法は、ロケットモータおよびプラズマトー
チに有用であると開示されている。この製造技術は、また図1〜6に開示され図
示された実施態様を含めて、本発明のノズル10を製造するのに有用であり、本
発明のノズルは、この技術を用いて製造した。しかしながら、本発明は、ノズル
の製造にこの技術を用いると限定されるものではない。
The nozzle 10 can be manufactured in various different ways. Lost wax or investment casting processes may be used, as well as forging and other casting processes. Nozzle 10 may be manufactured from any suitable ceramic, metal material, or combination thereof. As shown in FIGS. 2 (a) to 2 (d), a nozzle 10 having a fluid passage 14 therein is formed by using a plurality of laminated relatively thin metal flat plates.
Is known to be made, for example, in U.S. Pat. Nos. 3,881,701 and 5,455,401, which discloses that the process is useful for rocket motors and plasma torches. This manufacturing technique is also useful for manufacturing the nozzle 10 of the present invention, including the embodiments disclosed and illustrated in FIGS. 1-6, and the nozzle of the present invention was manufactured using this technique. However, the invention is not limited to using this technique for manufacturing nozzles.

【0060】 図7を参照すると、本明細書に記載した1つ以上の実施態様を組み込んだFC
C原料注入ユニット180が図示されている。ユニット180は、186、18
8を介して原料ノズル手段184に取り付けられた中空原料インジェクタ182
を備えている。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に挿通する導管として示されている。図8で分かり
やすく示したライザー206は、好ましくは、円柱、中空で実質的に垂直配向の
導管である。反応域192において、霧化油原料300の少なくとも一部は、上
昇する熱い触媒粒子と接触し、原料300は、より有用な低沸点炭化水素生成物
へと分解される。便宜上、ライザー206の一部のみを描いた。
Referring to FIG. 7, an FC incorporating one or more embodiments described herein.
The C raw material injection unit 180 is shown. Unit 180 is 186, 18
8, a hollow raw material injector 182 attached to the raw material nozzle means 184.
It has. Feed nozzle means 184 is shown as a conduit through wall 190 of FCC riser 206 and into riser reaction zone 192. The riser 206, shown clearly in FIG. 8, is preferably a cylindrical, hollow, substantially vertically oriented conduit. In reaction zone 192, at least a portion of the atomized oil feedstock 300 contacts the rising hot catalyst particles and the feedstock 300 is cracked into a more useful low boiling hydrocarbon product. For convenience, only a part of the riser 206 is illustrated.

【0061】 原料インジェクタ182は、予熱された油原料300が供給ライン196を介
して導入される中空管194を有している。供給ライン196は、原料インジェ
クタ182の上流部分の壁とT接続点を形成している。原料インジェクタ182
の下流部分は、ノズル10と、好ましくはスプレー分散器64とを有し、両者と
も便宜上、箱として示してある。スプレー分散器64は、反応域192へ、霧化
油原料300の比較的平坦な扇形状のスプレーを生成する。
The feedstock injector 182 has a hollow tube 194 into which the preheated oil feedstock 300 is introduced via a supply line 196. The supply line 196 forms a T connection with the wall of the upstream portion of the raw material injector 182. Raw material injector 182
Has a nozzle 10 and preferably a spray disperser 64, both shown as boxes for convenience. Spray disperser 64 produces a relatively flat, fan-shaped spray of atomized oil feedstock 300 into reaction zone 192.

【0062】 インジェクタ導管194のより小さい直径または断面積を有する蒸気散布管1
98は、導管194の縦軸へと延び、同軸で並んでいる。本実施態様において、
導管194、198の中央縦軸は一致している。これにより、インジェクタの出
口端部の熱い油原料300上流に環状流れ路(パス)197が提供される。蒸気
管198は、ノズル10の上流であるインジェクタ管194の内部で終わってい
る。複数の孔すなわちオリフィス199が、導管198の下流端部の周囲に放射
状に穿孔されている。孔198により、蒸気が放射状に外側に散布されて環状流
れ路197へと入り、流れ路197を流れる熱い油原料300と混合されて、蒸
気に分散された熱油の小球を含む2相流体が生成される。油原料300へと散布
される蒸気の量は、熱油原料300の約1〜約5wt.%である。容積基準で7
5〜85%の蒸気、15〜25%の油原料300を含む得られた流体混合物は、
ノズル10を通り、別個の2ストリームへと分離されて、ノズル10に入って、
前述したように油原料300を混合および霧化する。
Steam distribution tube 1 with smaller diameter or cross-sectional area of injector conduit 194
98 extends coaxially along the longitudinal axis of conduit 194. In this embodiment,
The central longitudinal axes of the conduits 194, 198 coincide. This provides an annular flow path 197 upstream of the hot oil feed 300 at the outlet end of the injector. The steam tube 198 terminates inside an injector tube 194 upstream of the nozzle 10. A plurality of holes or orifices 199 are drilled radially around the downstream end of conduit 198. The holes 198 allow the steam to be radiated outwardly into the annular flow passage 197, mixed with the hot oil feed 300 flowing through the flow passage 197, and containing a two-phase fluid containing hot oil globules dispersed in the steam. Is generated. The amount of steam sprayed to the oil feedstock 300 is about 1 to about 5 wt. %. 7 by volume
The resulting fluid mixture containing 5 to 85% steam, 15 to 25% oil feed 300,
Through nozzle 10, separated into two separate streams, entering nozzle 10,
The oil raw material 300 is mixed and atomized as described above.

【0063】 油原料液滴300の霧化スプレーは、反応域192を通り、熱い触媒粒子(図
示せず)の上流ストリームと接触して、重油原料300を、所望の低沸点生成物
留分へと接触分解する。
The atomized spray of oil feed droplets 300 passes through reaction zone 192 and contacts the upstream stream of hot catalyst particles (not shown) to convert heavy oil feed 300 to the desired low boiling product fraction. Decomposes catalytically.

【0064】 図8に、本発明の1つ以上の実施態様を組み込んだ通常のFCCプロセスを示
す。FCCユニット200は、FCCリアクタとリジェネレータ204とを有し
ている。リアクタ202は、反応域192を含む原料ライザー206を有してい
る。リアクタ202は、また、蒸気・触媒切離し域210と、勾配が付いた家の
屋根に似た金属「小屋(シェド)」の列のように見える複数のバッフル214を
有するストリッピング域212も有している。蒸気のような好適なストリッピン
グ剤を、ライン216を介してストリッピング域へと導入する。ストリップした
使用済み触媒粒子を、トランスファーライン218を介してリジェネレータ20
4に送る。
FIG. 8 illustrates a typical FCC process incorporating one or more embodiments of the present invention. The FCC unit 200 has an FCC reactor and a regenerator 204. The reactor 202 has a raw material riser 206 including a reaction zone 192. Reactor 202 also has a steam / catalyst separation zone 210 and a stripping zone 212 having a plurality of baffles 214 that look like rows of metal "sheds" resembling a sloped house roof. ing. A suitable stripping agent, such as steam, is introduced via line 216 into the stripping zone. The stripped spent catalyst particles are transferred to regenerator 20 via transfer line 218.
Send to 4.

【0065】 予熱されたFCC原料は、ライン220を介して、原料注入点224にてライ
ザー206のベースへと送る。予熱された原料300は、所定量の蒸気と予め混
合させておいてもよい。図6に示す原料インジェクタ182は、224にあるが
、図8では単純化のために示していない。実際は、図7に示すように、複数の原
料インジェクタ182をライザー206の周囲に配置する。蒸気は、ライン22
2を介して原料インジェクタ182に送ってもよい。熱い原料300の霧化液滴
は、ライザーにおいて触媒粒子と接触する。原料は蒸発し、ガソリン沸点範囲(
100°〜400°F、30°〜205℃)の留分を含む、より軽い低沸点留分
、より高い沸点のジェット燃料、ディーゼル燃料、ケロシン等へと接触分解され
る。
The preheated FCC feed is sent via line 220 to the base of riser 206 at feed injection point 224. The preheated raw material 300 may be previously mixed with a predetermined amount of steam. The raw material injector 182 shown in FIG. 6 is at 224, but is not shown in FIG. 8 for simplicity. In practice, a plurality of raw material injectors 182 are arranged around the riser 206 as shown in FIG. Steam is applied to line 22
2 may be sent to the raw material injector 182. The atomized droplets of the hot feed 300 contact the catalyst particles at the riser. The feedstock evaporates and the gasoline boiling range (
(100 ° -400 ° F., 30 ° -205 ° C.), which are catalytically cracked into lighter, lower boiling fractions, higher boiling jet fuels, diesel fuels, kerosene, and the like.

【0066】 FCC触媒は、好適な普通の接触分解触媒であればよい。触媒は、当業者に知
られているゼオライトモレキュラーシーブ分解成分を含有するシリカとアルミナ
の混合物を含んでいてもよい。
The FCC catalyst may be any suitable ordinary catalytic cracking catalyst. The catalyst may comprise a mixture of silica and alumina containing a zeolite molecular sieve cracking component known to those skilled in the art.

【0067】 FCC反応は、原料300がライザー206中で熱い触媒と接触すると反応が
始まり、生成物蒸気が切離し域210において使用済み触媒から分離されるまで
続く。分解反応は、ストリップ可能な炭化水素材料、ストリップ不可能なコーク
スとして知られている炭質材料を堆積させて使用済み触媒粒子を生成する。スト
リップ可能な炭化水素を除去し回収するために、ストリップしなければならない
。触媒は、リジェネレータ内でコークスを焼失することにより再生される。
The FCC reaction begins when the feedstock 300 contacts the hot catalyst in the riser 206 and continues until product vapor is separated from the spent catalyst in the cutoff zone 210. The cracking reaction deposits a strippable hydrocarbon material, a carbonaceous material known as non-stripable coke, to produce spent catalyst particles. In order to remove and recover strippable hydrocarbons, they must be stripped. The catalyst is regenerated by burning off the coke in the regenerator.

【0068】 リアクタ202は、切離しセクション210にサイクロン(図示せず)を備え
ている。サイクロンは、分解された炭化水素生成物の蒸気と、ストリップされた
炭化水素(蒸気として)の両方を使用済み触媒粒子から分離する。炭化水素蒸気
は、ライン226を介して引き込まれる。炭化水素蒸気は、一般に、蒸留ユニッ
トまたは分留塔(図示せず)に供給して、蒸気の凝縮可能な部分を液体へと凝縮
し、液体を別個の生成物ストリームへと分留する。
The reactor 202 has a cyclone (not shown) in the disconnection section 210. The cyclone separates both the cracked hydrocarbon product vapor and the stripped hydrocarbon (as vapor) from the spent catalyst particles. Hydrocarbon vapor is drawn in via line 226. The hydrocarbon vapor is generally fed to a distillation unit or fractionation column (not shown) to condense the condensable portion of the vapor into a liquid and fractionate the liquid into a separate product stream.

【0069】 使用済み触媒粒子をストリッピング域212へ通し、そこで蒸気のようなスト
リッピング媒体と接触させる。ストリームをライン216からストリッピング域
212へ通し、分解反応中に触媒に堆積したストリップ可能な炭化水素材料を除
去する。これらの蒸気は、ライン226を介して他の生成物蒸気と共に引き込ま
れる。バッフル214は、ストリッピング域212の幅方向に触媒粒子を均一に
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または逆混合を最
小にする。使用済みストリップ触媒粒子をトランスファーライン218からスト
リッピング域212の下部で除去し、リジェネレータ204内の流動床228へ
通す。
[0069] The spent catalyst particles are passed to a stripping zone 212 where they are contacted with a stripping medium such as steam. The stream is passed from line 216 to stripping zone 212 to remove strippable hydrocarbon material deposited on the catalyst during the cracking reaction. These vapors are drawn along with other product vapors via line 226. The baffle 214 uniformly distributes the catalyst particles across the width of the stripping zone 212 and minimizes internal reflux or back mixing of the catalyst particles in the stripping zone 212. Spent strip catalyst particles are removed from transfer line 218 below stripping zone 212 and passed to fluidized bed 228 in regenerator 204.

【0070】 流動床228の触媒粒子は、ライン240を介してリジェネレータに入る空気
と接触する。触媒粒子の一部は、分離域242へと進む。空気が、炭素の堆積物
を酸化または焼失して触媒粒子を再生し、約950°〜1400°F(510℃
〜760℃)の温度まで加熱する。リジェネレータ204は、ガス状燃焼生成物
、または主にCO、CO、HOおよびNを含む燃焼排ガスから、熱い再生
触媒粒子を分離するサイクロン(図示せず)を有している。当業者に知られてい
るように、サイクロンは、再生された触媒粒子をディップレッグ(図示せず)を
介して流動触媒床228へ戻す。
The catalyst particles in fluidized bed 228 come into contact with air entering the regenerator via line 240. Some of the catalyst particles go to the separation zone 242. Air oxidizes or burns off the carbon deposits to regenerate the catalyst particles and produces air at about 950 ° to 1400 ° F (510 ° C).
760 ° C.). The regenerator 204 has a cyclone (not shown) that separates hot regenerated catalyst particles from gaseous combustion products or flue gas containing primarily CO 2 , CO, H 2 O and N 2 . As known to those skilled in the art, the cyclone returns the regenerated catalyst particles to the fluidized catalyst bed 228 via a dipreg (not shown).

【0071】 流動床228は、点線で描かれたガス分配グリッド244に支持されている。
流動床228の熱い再生触媒粒子は、下降管250の下部から上部まで接続され
た漏斗248の上部により形成された堰246をオーバーフローする。下降管2
50の下部に、再生触媒トランスファーライン252が回り込んでいる。オーバ
ーフローする再生粒子は、漏斗248、下降管250を下りてトランスファーラ
イン252へと進み、反応域192へ戻る。燃焼排ガスが、ライン254を介し
てリジェネレータの上部から除去される。
The fluidized bed 228 is supported by a gas distribution grid 244 drawn in dotted lines.
The hot regenerated catalyst particles in the fluidized bed 228 overflow the weir 246 formed by the upper part of the funnel 248 connected from the lower part to the upper part of the downcomer 250. Downcomer 2
A regenerated catalyst transfer line 252 extends below 50. The regenerated particles overflowing down the funnel 248 and downcomer 250 to the transfer line 252 and back to the reaction zone 192. Flue gas is removed from the top of the regenerator via line 254.

【0072】 FCCプロセスに用いられるキャットクラッカー原料は、真空ガスオイル(V
GO)、直留(常圧)ガスオイル、軽接触分解油(LCGO)、コーカーガスオ
イルのような残油を含まない高沸点油であるガスオイルを含んでいる。これらの
オイルは、直留または常圧ガスオイルやコーカーガスオイルと同じく、約450
°F(232℃)を超える、より一般的には約650°Fを超える初期沸点と、
約1150°F(621℃)までの終留点を有している。さらに、終留点が10
50°F(566℃)以上、(例えば、1300°F(704℃)まで、または
それ以上)を超える1種類以上の重原料をFCC原料にブレンドしてもよい。重
原料としては、例えば、原油、抜頭原油、原油を常圧および真空蒸留した残油、
アスファルトおよびアスファルテン、重石油の熱分解によるタール油、サイクル
油、タールサンド油、シェール油、石炭誘導液体、合成原油等が挙げられる。こ
れらはFCC原料に、ブレンドの約2〜50容量%、より一般的には約5〜30
容量%存在してもよい。
The cat cracker raw material used in the FCC process is a vacuum gas oil (V
GO), straight run (normal pressure) gas oil, light catalytic cracking oil (LCGO), and gas oil which is a high boiling point oil without residual oil such as coker gas oil. These oils, similar to straight run or normal pressure gas oils and coker gas oils, have about 450
An initial boiling point greater than about 650 ° F (232 ° C), more usually greater than about 650 ° F;
It has an endpoint up to about 1150 ° F (621 ° C). Furthermore, the terminal point is 10
One or more heavy materials may be blended with the FCC material at 50 ° F. (566 ° C.) or more (eg, up to 1300 ° F. (704 ° C.) or more). As the heavy raw material, for example, crude oil, top crude oil, residual oil obtained by distilling crude oil under normal pressure and vacuum,
Examples include asphalt and asphaltene, tar oil obtained by pyrolysis of heavy petroleum oil, cycle oil, tar sand oil, shale oil, coal-derived liquid, synthetic crude oil, and the like. These add about 2 to 50% by volume of the blend to the FCC feed, more usually about 5 to 30%.
% By volume.

【0073】 重い原料は、芳香族および、特に硫黄や窒素といったヘテロ原子を含有する化
合物のような望ましくない成分を高濃度で含んでいる。従って、これらの原料は
、公知の水素化処理、溶剤抽出、モレキュラーシーブ等による固体吸着のような
プロセスにより望ましくない化合物の量を減じるための処理や品質改善がなされ
ることが多い。
Heavy feedstocks contain high concentrations of aromatics and undesirable components such as compounds containing heteroatoms, especially sulfur and nitrogen. Accordingly, these raw materials are often subjected to processes such as known hydrogenation, solvent extraction, solid adsorption by molecular sieve or the like to reduce the amount of undesired compounds and to improve quality.

【0074】 一般的なFCCリアクターのプロセス条件は、約800°〜1200°F(4
27°〜648℃)、好ましくは850°〜1150°F(454°〜621℃
)、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の圧力で、原料/触媒接触時間
が約0.5〜15秒、好ましくは約1〜5秒、触媒対原料の比が約0.5〜10
、好ましくは2〜8である。FCC原料は、850°F(454℃)未満、好ま
しくは800°F(427℃)未満、通常、約500°〜800°F(260°
〜427℃)の範囲の温度まで予熱される。
Typical FCC reactor process conditions are about 800 ° -1200 ° F. (4
27 ° -648 ° C.), preferably 850 ° -1150 ° F. (454 ° -621 ° C.)
), More preferably at a temperature of 900 ° to 1150 ° F. (482 ° to 621 ° C.) at a pressure of about 5 to 60 psig, preferably 5 to 40 psig, and a feedstock / catalyst contact time of about 0.5 to 15 seconds, preferably Is about 1-5 seconds, and the catalyst to feed ratio is about 0.5-10
, Preferably 2 to 8. The FCC feedstock is less than 850 ° F. (454 ° C.), preferably less than 800 ° F. (427 ° C.), usually about 500 ° -800 ° F. (260 ° F.).
4427 ° C.).

【0075】 本発明は、以下の実施例を参照することで、さらに理解されるであろう。ただ
し、この実施例に限られるものではない。
The present invention will be further understood by reference to the following examples. However, it is not limited to this embodiment.

【0076】 実施例 この実験においては、図4に示したような設計の霧化ノズルの実施態様と共に
、図7に示したような設計の霧化インジェクタを、米国特許第5,173,17
5号に示されたような市販の実証スロットおよびファン設計と比較した。市販の
ノズルは、取付けられた下流発散、平坦・扇状霧化先端のある矩形のスロットオ
リフィスを有するエンドキャップを備えたパイプを模擬(シミュレート)した。
両方のノズルに、扇形状の霧化分散器または先端があり、一般的な市販ノズルサ
イズの1/2のスケールで作製した。インジェクタは、ノズルの設計を除いてい
ずれも同じであった。インジェクタは、両方とも平坦な扇形状スプレーを生成し
、水平に設置し、Malvern粒子寸法測定器のレーザー光ビーム経路におい
て、垂直方向に最大幅となるよう平坦な扇形状スプレーを生成すべく配向した。
この計器は周知であり、液体スプレー特性を測定するのに用いられている。それ
ぞれ特性小滴サイズ範囲に関連した光回折パターンが、マルチエレメント光電検
出器でのフーリエ変換レンズによって焦点を合わされる。光エネルギー分布がコ
ンピュータにより、対応した液滴サイズ分布へ変換される。
Example In this experiment, an atomizing injector designed as shown in FIG. 7 was used in conjunction with an embodiment of an atomizing nozzle designed as shown in FIG. 4 in US Pat. No. 5,173,17.
Compared to commercial demonstration slot and fan designs as shown in No. 5. A commercial nozzle simulated a pipe with an end cap having a rectangular slot orifice with an attached downstream diverging, flat, fan atomizing tip.
Both nozzles had a fan-shaped atomizing disperser or tip and were made on a scale of 1/2 the size of a typical commercial nozzle. All injectors were the same except for the nozzle design. The injectors both produced flat fan sprays, were placed horizontally, and were oriented to produce a flat fan spray vertically widest in the laser beam path of the Malvern particle sizer. .
This instrument is well known and is used to measure liquid spray characteristics. The light diffraction patterns, each associated with a characteristic droplet size range, are focused by a Fourier transform lens on a multi-element photoelectric detector. The light energy distribution is converted by a computer into a corresponding droplet size distribution.

【0077】 ガス相に窒素ガスを用い、液相として液体の水を用いた。[0077] Nitrogen gas was used for the gas phase, and liquid water was used for the liquid phase.

【0078】 水および窒素流量を変えて、比較実験のグリッドを実施し、ロジン−ラムラー
分布関数を仮定して、ザウタ平均液滴径を計算した。2つの異なるノズル設計に
ついての結果を以下の表で比較した。
A grid of comparative experiments was performed with varying water and nitrogen flow rates, and the Sauter mean droplet size was calculated assuming a rosin-Rammler distribution function. The results for the two different nozzle designs were compared in the table below.

【0079】[0079]

【表1】 [Table 1]

【0080】 すべての場合について、比較可能な水および窒素流量で、本発明のノズルは、
市販の設計品よりも小さいザウタ平均液滴径を有する霧化スプレーを生成した。
このことは、本発明のノズルにより良好な霧化が得られたことを示している。
For all cases, with comparable water and nitrogen flow rates, the nozzle of the present invention
An atomized spray having a Sauter mean droplet size smaller than the commercial design was produced.
This indicates that good atomization was obtained by the nozzle of the present invention.

【0081】 本発明の実施において、様々なその他の実施態様および変形例をとりうること
は当業者に明白であり、上述した本発明の範囲および技術思想から逸脱すること
なく容易に行うことができる。従って、添付の請求項の範囲は、上述した説明に
限定されるものではなく、本発明にある特許性および新規性のすべての特徴を含
む。本発明に関わる当業者により等価物として扱われるすべての特徴および実施
態様が含まれる。
It will be apparent to those skilled in the art that various other embodiments and modifications can be made in practicing the present invention, which can be easily performed without departing from the scope and technical spirit of the present invention described above. . Therefore, the scope of the appended claims is not limited to the above description, but encompasses all features of patentability and novelty of the present invention. All features and embodiments included as equivalents by those skilled in the art to which the present invention pertains are included.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】 図1(a)は、ノズルの流体入口を覗いたときの、ノズルの一実施態様(態様
)である軸方向の下流を示す、図1(b)は、1(b)−1(b)軸に沿った図
1(a)の実施態様の側断面図を示す、図1(c)は、ノズルの流体出口を覗い
たときの、図1(a)に示した実施態様である軸方向の上流であり、図1(d)
は、図1(b)の1(d)−1(d)軸に沿った図1(a)に示した実施態様の
平断面図である。
FIG. 1 (a) shows an axial downstream portion of one embodiment (aspect) of a nozzle when looking into a fluid inlet of the nozzle. FIG. 1 (b) shows 1 (b)- FIG. 1 (c) shows a side cross-sectional view of the embodiment of FIG. 1 (a) along the 1 (b) axis. FIG. 1 (c) shows the embodiment shown in FIG. 1 (a) when looking into the fluid outlet of the nozzle. 1 (d).
FIG. 1B is a plan sectional view of the embodiment shown in FIG. 1A along the 1 (d) -1 (d) axis in FIG. 1B.

【図2】 図2(a)は、ノズルの他の実施態様を示した側断面図、図2(b)は、ノズ
ルの流体出口を覗いたときの、図2(a)に示した実施態様である軸方向の上流
、図2(c)は、図2(a)に示した実施態様の平断面図であり、スプレー分散
器の一実施態様が組み込まれている、図2(d)は、図2(a)に示した実施態
様を構築するのに用いられる平板の実施態様、わかりやすく図2(a)および図
2(c)には、流体通路内の平板のラインは図示していない。
FIG. 2 (a) is a side sectional view showing another embodiment of the nozzle, and FIG. 2 (b) is an embodiment shown in FIG. 2 (a) when looking at a fluid outlet of the nozzle. FIG. 2 (c), an axial upstream embodiment, is a cross-sectional plan view of the embodiment shown in FIG. 2 (a), incorporating one embodiment of a spray disperser. Is an embodiment of a flat plate used to construct the embodiment shown in FIG. 2 (a); for clarity, FIGS. 2 (a) and 2 (c) show the lines of the flat plate in the fluid passage; Not.

【図3】 図3(a)は、ノズルの流体入口を覗いたときの、他の実施態様であるノズル
の軸方向の下流を示す、図3(b)は、3(b)−3(b)軸に沿った図3(a
)に示した実施態様の平断面図、図3(c)は、ノズルの流体出口を覗いたとき
の、図3(a)に示した実施態様である軸方向の上流、図3(d)は、図3(c
)の3(d)−3(d)軸に沿った図3(a)に示した実施態様の平断面図であ
る。
FIG. 3 (a) shows the axial downstream of a nozzle according to another embodiment when looking into the fluid inlet of the nozzle. FIG. 3 (b) shows 3 (b) -3 ( b) Figure 3 (a) along the axis
FIG. 3 (c) is an axial upstream view of the embodiment shown in FIG. 3 (a) when looking into the fluid outlet of the nozzle, FIG. 3 (d). FIG. 3 (c)
3) is a plan sectional view of the embodiment shown in FIG. 3 (a) along the 3 (d) -3 (d) axis.

【図4】 図4(a)は、ノズルの他の実施態様を示す断面側面図、図4(b)は、ノズ
ルの流体出口を覗いたときの、図4(a)に示した実施態様である軸方向の上流
、図4(c)は、図4(a)に示した実施態様の平断面図であり、スプレー分散
器の一実施態様が組み込まれている。
FIG. 4 (a) is a cross-sectional side view showing another embodiment of the nozzle, and FIG. 4 (b) is an embodiment shown in FIG. 4 (a) when looking at the fluid outlet of the nozzle. 4 (c) is a cross-sectional plan view of the embodiment shown in FIG. 4 (a), incorporating one embodiment of a spray disperser.

【図5】 ノズルに供給する流体導管と流動連通するノズル(およびスプレー分散器)の
断面図である。
FIG. 5 is a cross-sectional view of a nozzle (and spray disperser) in flow communication with a fluid conduit supplying the nozzle.

【図6】 図6(a)は、ノズルの流体入口を覗いたときの、ノズルの他の実施態様を示
す軸方向の下流、図6(b)は、図6(a)の6(b)−6(b)軸に沿った図
6(a)に示した実施態様の側断面図、図6(c)は、図6(a)の6(c)−
6(c)軸に沿った図6(a)に示した実施態様の側断面図である。
6 (a) is an axial downstream view of another embodiment of the nozzle when looking into the fluid inlet of the nozzle, and FIG. 6 (b) is 6 (b) of FIG. 6 (a). 6 (b) is a side sectional view of the embodiment shown in FIG. 6 (a) along the axis, and FIG. 6 (c) is a sectional view of FIG.
Fig. 7 is a side sectional view of the embodiment shown in Fig. 6 (a) along the 6 (c) axis.

【図7】 ノズルの実施態様を用いるFCC原料注入ユニットの断面図である。FIG. 7 is a cross-sectional view of an FCC raw material injection unit using a nozzle embodiment.

【図8】 ノズルの実施態様または方法が組み込まれるFCCプロセスを示す。FIG. 8 illustrates an FCC process incorporating a nozzle embodiment or method.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (31)優先権主張番号 09/526,576 (32)優先日 平成12年3月16日(2000.3.16) (33)優先権主張国 米国(US) (81)指定国 EP(AT,BE,CH,CY, DE,DK,ES,FI,FR,GB,GR,IE,I T,LU,MC,NL,PT,SE),OA(BF,BJ ,CF,CG,CI,CM,GA,GN,GW,ML, MR,NE,SN,TD,TG),AP(GH,GM,K E,LS,MW,SD,SL,SZ,TZ,UG,ZW ),EA(AM,AZ,BY,KG,KZ,MD,RU, TJ,TM),AL,AU,BA,BB,BG,BR, CA,CN,CU,CZ,EE,GE,HR,HU,I D,IL,IN,IS,JP,KP,KR,LC,LK ,LR,LT,LV,MG,MK,MN,MX,NO, NZ,PL,RO,RU,SG,SI,SK,SL,T R,TT,UA,UZ,VN,YU,ZA (72)発明者 イトー,ジャクソン,アイ. アメリカ合衆国,カリフォルニア州 95826,サクラメント,オクシデンタル ドライブ 2507 Fターム(参考) 4D075 AA06 AA71 AA85 BB16X EA05 4F033 AA13 BA01 BA03 DA01 EA01 NA01 4H029 BD08 BD20 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (31) Priority claim number 09 / 526,576 (32) Priority date March 16, 2000 (March 16, 2000) (33) Priority claim country United States (US) ( 81) Designated countries EP (AT, BE, CH, CY, DE, DK, ES, FI, FR, GB, GR, IE, IT, LU, MC, NL, PT, SE), OA (BF, BJ, CF, CG, CI, CM, GA, GN, GW, ML, MR, NE, SN, TD, TG), AP (GH, GM, KE, LS, MW, SD, SL, SZ, TZ, UG, ZW), EA (AM, AZ, BY, KG, KZ, MD, RU, TJ, TM), AL, AU, BA, BB, BG, BR, CA, CN, CU, CZ, EE, GE, HR, HU, D, IL, IN, IS, JP, KP, KR, LC, LK, LR, LT, LV, MG, MK, MN, MX, NO, NZ, PL, RO, RU, SG, SI, SK, SL, TR, TT, UA, UZ, VN, YU, ZA (72) Inventor Ito, Jackson, Eye. Occidental Drive, Sacramento, CA 95826, USA 2507 F-term (reference) 4D075 AA06 AA71 AA85 BB16X EA05 4F033 AA13 BA01 BA03 DA01 EA01 NA01 4H029 BD08 BD20

Claims (60)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 導入される流動ストリームを少なくとも2つのストリームに
分割できるスプリッタを有する流体入口と流体出口とを有し、前記入口と前記出
口の間に配置された衝突混合域と剪断混合域とを形成するように構成された本体
を有する液体霧化装置であって、 前記衝突混合域は、少なくとも1つの衝突表面を有し、前記衝突表面は、流体
の少なくとも一部を他の衝突ストリームに衝突させるように構成されていて、2
つの衝突ストリーム間の狭角は約120°〜240°の間にあり、 前記剪断混合域は、第1の寸法と第2の寸法により形成された断面領域を有し
、前記第1の寸法は、前記流体出口の方向に前記本体を通って縦軸に沿って減少
していることを特徴とする液体霧化装置。
1. A fluid inlet having a splitter capable of splitting an incoming flow stream into at least two streams and a fluid outlet, wherein an impingement mixing zone and a shear mixing zone are disposed between said inlet and said outlet. A liquid atomization device having a body configured to form the impingement mixing zone having at least one impingement surface, the impingement surface directing at least a portion of a fluid to another impingement stream. Are configured to collide, 2
A narrow angle between the two impinging streams is between about 120 ° and 240 °, wherein the shear mixing zone has a cross-sectional area formed by a first dimension and a second dimension, wherein the first dimension is A liquid atomizing device, wherein the volume decreases along the longitudinal axis through the body in the direction of the fluid outlet.
【請求項2】 前記衝突混合表面が前記本体を通って流体流れの全方向に実
質的に垂直となるように構成されていることを特徴とする請求項1に記載の装置
2. The apparatus of claim 1, wherein the impingement mixing surface is configured to be substantially perpendicular to all directions of fluid flow through the body.
【請求項3】 前記衝突域が少なくとも1つの直角ステップを有することを
特徴とする請求項1に記載の装置。
3. The apparatus according to claim 1, wherein said collision zone has at least one right-angled step.
【請求項4】 2つの衝突ストリーム間の前記狭角が約170°〜190°
であることを特徴とする請求項1に記載の装置。
4. The method of claim 1, wherein the narrow angle between the two impinging streams is between about 170 ° and 190 °.
The apparatus of claim 1, wherein:
【請求項5】 2つの衝突ストリーム間の前記狭角が約180°であること
を特徴とする請求項1に記載の装置。
5. The apparatus according to claim 1, wherein said narrow angle between two collision streams is about 180 °.
【請求項6】 前記衝突表面が衝突流れに、前記本体を通って縦軸に約90
°法線の方向に接触する前記ストリームの一部を与えることを特徴とする請求項
1に記載の装置。
6. The impingement surface includes an impingement stream, approximately 90 degrees longitudinally through the body.
Apparatus according to claim 1, characterized in that it provides a part of the stream contacting in the direction of normal.
【請求項7】 前記流体出口が非円形状を有することを特徴とする請求項1
に記載の装置。
7. The method of claim 1, wherein the fluid outlet has a non-circular shape.
An apparatus according to claim 1.
【請求項8】 前記剪断混合域の前記第2の寸法が、前記流体出口に向かっ
て前記縦軸に沿って増大していることを特徴とする請求項7に記載の装置。
8. The apparatus of claim 7, wherein the second dimension of the shear mixing zone increases along the longitudinal axis toward the fluid outlet.
【請求項9】 前記第1の寸法が、前記剪断混合域の少なくとも一部につい
て第1の割合で前記流体出口に向かって減少し、それから前記剪断混合域の残り
部分について第2の割合で前記流体出口に向かって減少していることを特徴とす
る請求項8に記載の装置。
9. The method of claim 1, wherein the first dimension decreases toward the fluid outlet at a first rate for at least a portion of the shear mixing zone, and then decreases at a second rate for a remaining portion of the shear mixing zone. 9. The device of claim 8, wherein said device decreases towards the fluid outlet.
【請求項10】 前記第2の寸法が、前記剪断混合域の少なくとも一部で第
1の割合で前記流体出口に向かって増大し、それから前記剪断混合域の残り部分
では第2の割合で前記流体出口に向かって増大していることを特徴とする請求項
8に記載の装置。
10. The shear mixing zone increases in at least a portion of the shear mixing zone at a first rate toward the fluid outlet, and then in a remaining portion of the shear mixing zone at a second rate. 9. The device of claim 8, wherein the device increases toward the fluid outlet.
【請求項11】 前記剪断混合域が丸形側端を有していることを特徴とする
請求項10に記載の装置。
11. The apparatus according to claim 10, wherein said shear mixing zone has a rounded end.
【請求項12】 圧力が前記剪断混合域内の圧力より小さい膨張域を形成し
ている、前記流体出口と流動連通するスプレー分散器をさらに有することを特徴
とする請求項11に記載の装置。
12. The apparatus according to claim 11, further comprising a spray disperser in flow communication with said fluid outlet, wherein said spray disperser forms an expansion zone wherein a pressure is less than a pressure in said shear mixing zone.
【請求項13】 前記分散器が、その中を通って延在している分散器流体通
路を有し、前記通路が前記分散器の前記出口方向に前記通路の縦軸に沿って分岐
している第1の寸法を有し、丸形側端を有していることを特徴とする請求項12
に記載の装置。
13. The disperser has a disperser fluid passage extending therethrough, the passage diverging along the longitudinal axis of the passage toward the outlet of the disperser. 13. The method of claim 12, wherein said first dimension has a rounded end.
An apparatus according to claim 1.
【請求項14】 前記本体が、前記スプリッタと前記衝突混合域の間に配置
された第1の膨張域を形成するように構成されていて、前記膨張域が断面領域を
有していることを特徴とする請求項13に記載の装置。
14. The method of claim 14, wherein the body is configured to form a first expansion zone disposed between the splitter and the impingement mixing zone, the expansion zone having a cross-sectional area. An apparatus according to claim 13, characterized in that:
【請求項15】 前記本体と前記スプリッタが少なくとも2つの流体開口部
を形成していて、前記流体開口部はそれぞれ断面領域を有し、前記開口部の断面
領域の合計が前記膨張域の断面領域より小さいことを特徴とする請求項14に記
載の装置。
15. The body and the splitter define at least two fluid openings, each of the fluid openings having a cross-sectional area, the sum of the cross-sectional areas of the openings being the cross-sectional area of the expansion area. 15. The device of claim 14, wherein the device is smaller.
【請求項16】 前記剪断混合域が霧化域を有し、前記霧化域が前記剪断混
合域内に最小の断面領域を有することを特徴とする請求項11に記載の装置。
16. The apparatus of claim 11, wherein the shear mixing zone has an atomization zone, and wherein the atomization zone has a minimum cross-sectional area within the shear mixing zone.
【請求項17】 前記本体が複数の平板を有し、前記平板がその中を通って
延在するオリフィスを有しており、前記平板のオリフィスが前記流体通路を形成
していることを特徴とする請求項13に記載の装置。
17. The apparatus of claim 17, wherein the body has a plurality of flat plates, the flat plates having orifices extending therethrough, the orifices of the flat plates forming the fluid passages. 14. The device according to claim 13, wherein
【請求項18】 前記剪断混合域を形成する前記平板のオリフィスが、異な
る第1の寸法を有しており、前記剪断混合域を形成する各平板にあるオリフィス
の前記第1の寸法は、前にあるオリフィスの第1の寸法よりも小さいことを特徴
とする請求項17に記載の装置。
18. The orifice of the plate forming the shear mixing zone has a different first dimension, and the first dimension of the orifice in each plate forming the shear mixing zone is 18. The apparatus of claim 17, wherein the first dimension of the orifice is less than a first dimension.
【請求項19】 前記剪断混合域を形成する少なくとも1つの前記平板の前
記オリフィスが、異なる第2の寸法を有しており、前記剪断混合域を形成する各
平板にあるオリフィスの前記第2の寸法は、前にあるオリフィスの第2の寸法よ
り大きいことを特徴とする請求項18に記載の装置。
19. The orifice of at least one of the plates forming the shear mixing zone has a different second dimension, and the second one of the orifices in each plate forming the shear mixing zone. 19. The apparatus of claim 18, wherein the dimension is greater than a second dimension of the preceding orifice.
【請求項20】 少なくとも1つの流体入口と、少なくとも1つの流体出口
と、前記入口および前記出口の間に延在する流体通路とを有する本体をもつ液体
霧化装置であって、 前記通路は衝突混合と、前記衝突混合域からの剪断混合域下流を形成し、 前記通路は、少なくとも1つの衝突表面を形成するよう構成されていて、前記
衝突表面は、流体が前記本体を通って延在する縦軸に対し実質的に法線の方向に
向かうよう構成されていて、 前記剪断混合域は、第1の寸法と第2の寸法により形成された断面領域を有し
、前記第1の寸法は、前記流体出口方向に前記本体を通って縦軸に沿って減少し
ていることを特徴とする液体霧化装置。
20. A liquid atomizer having a body having at least one fluid inlet, at least one fluid outlet, and a fluid passage extending between said inlet and said outlet, said passage being impinged. Forming a mixing and a shear mixing zone downstream from the impingement mixing zone, wherein the passage is configured to form at least one impingement surface, the impingement surface having a fluid extending through the body The shear mixing zone has a cross-sectional area formed by a first dimension and a second dimension, wherein the first dimension is A liquid atomizer, wherein the fluid atomizer decreases along the longitudinal axis through the body in the direction of the fluid outlet.
【請求項21】 前記衝突表面と接触する流体の部分は、前記通路を流れる
流体の周囲部分であることを特徴とする請求項20に記載の装置。
21. The apparatus of claim 20, wherein the portion of the fluid that contacts the collision surface is a peripheral portion of the fluid flowing through the passage.
【請求項22】 2つの衝突ストリーム間の前記狭角が約180°であるこ
とを特徴とする請求項20に記載の装置。
22. The apparatus of claim 20, wherein said narrow angle between two collision streams is about 180 °.
【請求項23】 前記衝突表面が衝突流れに、前記本体を通って縦軸に対し
約90°法線の方向に接触する前記ストリームの一部を与えることを特徴とする
請求項20に記載の装置。
23. The method of claim 20, wherein the impingement surface imparts impingement flow with a portion of the stream passing through the body in a direction approximately 90 ° normal to a longitudinal axis. apparatus.
【請求項24】 前記流体出口が非円形状であることを特徴とする請求項2
0に記載の装置。
24. The fluid outlet of claim 2, wherein the fluid outlet is non-circular.
The apparatus according to claim 0.
【請求項25】 前記第2の寸法が、前記流体出口に向かって前記縦軸に沿
って増大していることを特徴とする請求項20に記載の装置。
25. The apparatus of claim 20, wherein the second dimension increases along the longitudinal axis toward the fluid outlet.
【請求項26】 前記第1の寸法が、前記剪断混合域の少なくとも一部では
第1の割合で前記流体出口に向かって減少し、それから前記剪断混合域の残りの
部分では第2の割合で前記流体出口に向かって減少していることを特徴とする請
求項20に記載の装置。
26. The method according to claim 26, wherein the first dimension decreases toward the fluid outlet at a first rate in at least a portion of the shear mixing zone, and then decreases at a second rate in a remaining portion of the shear mixing zone. 21. The device of claim 20, wherein the device decreases toward the fluid outlet.
【請求項27】 前記第2の寸法が、前記剪断混合域の少なくとも一部では
第1の割合で前記流体出口に向かって増大し、それから前記剪断混合域の残りの
部分では第2の割合で前記流体出口に向かって増大していることを特徴とする請
求項26に記載の装置。
27. The second dimension increases at a first rate toward the fluid outlet in at least a portion of the shear mixing zone, and then increases at a second rate in a remaining portion of the shear mixing zone. 27. The device of claim 26, wherein the device increases toward the fluid outlet.
【請求項28】 前記剪断混合域が丸形側端を有していることを特徴とする
請求項20に記載の装置。
28. The apparatus of claim 20, wherein said shear mixing zone has a rounded edge.
【請求項29】 前記剪断混合域内の圧力より小さい膨張域を形成している
、前記流体出口と流動連通するスプレー分散器をさらに有することを特徴とする
請求項20に記載の装置。
29. The apparatus of claim 20, further comprising a spray disperser in flow communication with the fluid outlet, forming an expansion zone that is less than the pressure in the shear mixing zone.
【請求項30】 前記分散器が、その中を通って延在している分散器流体通
路を有し、前記通路が前記分散器の前記出口方向に前記通路の縦軸に沿って分岐
している第1の寸法を有し、丸形側端を有していることを特徴とする請求項29
に記載の装置。
30. The disperser has a disperser fluid passage extending therethrough, the passage diverging along the longitudinal axis of the passage toward the outlet of the disperser. 30. The method according to claim 29, wherein the first dimension has a rounded end.
An apparatus according to claim 1.
【請求項31】 前記本体が、前記スプリッタと前記衝突混合域の間に配置
された第1の膨張域を形成するように構成されていて、前記膨張域が断面領域を
有していることを特徴とする請求項20に記載の装置。
31. The apparatus according to claim 31, wherein the body is configured to form a first expansion zone disposed between the splitter and the impingement mixing zone, the expansion zone having a cross-sectional area. 21. The device according to claim 20, wherein
【請求項32】 前記本体と前記スプリッタが少なくとも2つの流体開口部
を形成していて、前記流体開口部はそれぞれ断面領域を有し、前記開口部の断面
領域の合計が前記膨張域の断面領域より小さいことを特徴とする請求項31に記
載の装置。
32. The body and the splitter define at least two fluid openings, each of the fluid openings having a cross-sectional area, the sum of the cross-sectional areas of the openings being the cross-sectional area of the expansion area. 32. The device of claim 31, wherein the device is smaller.
【請求項33】 前記剪断混合域が霧化域を有し、前記霧化域が前記剪断混
合域内に断面領域の最小な領域を有することを特徴とする請求項20に記載の装
置。
33. The apparatus of claim 20, wherein said shear mixing zone has an atomization zone, and wherein said atomization zone has a minimum cross-sectional area within said shear mixing zone.
【請求項34】 前記本体が複数の平板を有し、前記平板がその中を通って
延在するオリフィスを有しており、前記平板のオリフィスが前記流体通路を形成
していることを特徴とする請求項20に記載の装置。
34. The apparatus of claim 34, wherein the body has a plurality of flat plates, the flat plates having orifices extending therethrough, the orifices of the flat plates defining the fluid passages. 21. The device according to claim 20, wherein
【請求項35】 前記剪断混合域を形成する前記平板のオリフィスが異なる
直径を有しており、前記剪断混合域を形成する各平板のオリフィスの直径は、前
にある平板のオリフィスの直径よりも小さいことを特徴とする請求項34に記載
の装置。
35. The orifice of the flat plate forming the shear mixing zone has a different diameter, the diameter of the orifice of each flat plate forming the shear mixing zone being greater than the diameter of the orifice of the preceding flat plate. 35. The device of claim 34, wherein the device is small.
【請求項36】 スプリッタを有する少なくとも1つの流体入口と、少なく
とも1つの流体出口と、前記入口および前記出口の間に延在する流体通路とを有
する本体を有する液体霧化装置であって、 前記スプリッタと前記本体が前記通路に対して少なくとも2つの流体開口部を
形成しており、 前記通路は、衝突混合と前記衝突混合域からの剪断混合域下流を形成し、 前記通路は、前記通路の周辺近傍に配置された少なくとも1つの衝突表面を形
成するよう構成されていて、前記衝突表面は、流体が前記本体を通って延在する
縦軸に実質的に法線方向に向かうよう構成されていて、 前記剪断混合域は、第1の寸法と第2の寸法により形成された断面領域を有し
、前記第1の寸法は、前記流体出口方向に前記本体を通って縦軸に沿って減少し
ていることを特徴とする液体霧化装置。
36. A liquid atomizer comprising: a body having at least one fluid inlet having a splitter, at least one fluid outlet, and a fluid passage extending between said inlet and said outlet. A splitter and the body forming at least two fluid openings to the passage, the passage forming impingement mixing and a shear mixing zone downstream from the impingement mixing zone; Configured to form at least one impingement surface disposed proximate the periphery, wherein the impingement surface is configured to be substantially normal to a longitudinal axis extending through the body. Wherein the shear mixing zone has a cross-sectional area formed by a first dimension and a second dimension, wherein the first dimension decreases along the longitudinal axis through the body in the direction of the fluid outlet. do it Liquid atomizing apparatus according to claim Rukoto.
【請求項37】 スプレー分散器をさらに有し、前記分散器は、その中を通
って広がる分散器流体通路を有し、前記通路は、分散器入口から前記分散器出口
へ分岐する側部寸法を有し、前記分散器入口は、前記本体の前記流体出口と実質
的に同じサイズおよび形状となるように構成されていることを特徴とする請求項
36に記載の装置。
37. A spray disperser, the disperser having a disperser fluid passage extending therethrough, the passage diverging from a disperser inlet to the disperser outlet. 37. The apparatus of claim 36, wherein the distributor inlet is configured to be substantially the same size and shape as the fluid outlet of the body.
【請求項38】 スプリッタを有する少なくとも1つの流体入口と、少なく
とも1つの流体出口と、前記入口および前記出口の間に延在する流体通路とを有
する本体を有する液体霧化装置であって、 前記スプリッタと前記本体が前記通路に対して少なくとも2つの流体開口部を
形成しており、 前記本体は、複数の平板を有し、前記平板は、その中を通って延在するオリフ
ィスを有し、前記平板の前記オリフィスは前記流体通路を形成しており、前記剪
断混合域を形成する前記平板のオリフィスは、異なる直径を有しており、前記剪
断混合域を形成する各平板のオリフィスの直径は、前にある平板のオリフィスの
直径よりも小さく、 前記通路は、前記剪断混合域からの衝突混合と剪断混合域下流を形成し、 前記通路は、前記通路の周辺近傍に配置された少なくとも1つの衝突表面を形
成するよう構成されていて、前記衝突表面は、流体が前記本体を通って延在する
縦軸に実質的に法線方向に向かうよう構成されていて、 前記剪断混合域は、第1の寸法と第2の寸法により形成された断面領域を有し
、前記第1の寸法は、前記入口から前記出口方向に前記本体を通って縦軸に沿っ
て減少しており、前記第2の寸法は、前記入口から前記出口の方向に前記縦軸に
沿って増大していることを特徴とする液体霧化装置。
38. A liquid atomizer having a body having at least one fluid inlet having a splitter, at least one fluid outlet, and a fluid passage extending between the inlet and the outlet. A splitter and the body forming at least two fluid openings to the passage; the body having a plurality of flat plates, the flat plates having orifices extending therethrough; The orifices of the plate form the fluid passages, the orifices of the plate forming the shear mixing zone have different diameters, and the orifice of each plate forming the shear mixing zone has a diameter of Less than the diameter of the orifice of the preceding flat plate, the passage forming impingement mixing from the shear mixing zone and downstream of the shear mixing zone, wherein the passage is near the periphery of the passage. Wherein the impact surface is configured to form at least one impact surface disposed thereon, the impact surface configured to be substantially normal to a longitudinal axis extending through the body. The shear mixing zone has a cross-sectional area defined by a first dimension and a second dimension, the first dimension decreasing along the longitudinal axis through the body in a direction from the inlet to the outlet. Wherein the second dimension increases along the longitudinal axis in a direction from the inlet to the outlet.
【請求項39】 スプレー分散器をさらに有し、前記分散器は、その中を通
って広がる分散器流体通路を有し、前記通路は、分散器入口から前記分散器出口
へ分岐する側部寸法を有し、前記分散器入口は、前記本体の前記流体出口と実質
的に同じサイズおよび形状となるように構成されていることを特徴とする請求項
38に記載の装置。
39. A spray disperser, the disperser having a disperser fluid passage extending therethrough, the passage diverging from a disperser inlet to the disperser outlet. 39. The apparatus of claim 38, wherein the disperser inlet is configured to be substantially the same size and shape as the fluid outlet of the body.
【請求項40】 スプリッタを有する少なくとも1つの流体入口と、少なく
とも1つの流体出口と、前記入口および前記出口の間に延在する流体通路とを有
する本体を有する液体霧化装置であって、 前記スプリッタと前記本体が前記通路に対して少なくとも2つの流体開口部を
形成しており、 前記通路は、前記衝突混合域からの衝突混合と剪断混合域下流を形成し、 前記通路は、少なくとも1つの衝突表面を形成するよう構成されていて、前記
衝突表面は、流体が前記本体を通って延在する縦軸に実質的に法線方向に向かう
よう構成されていて、 前記剪断混合域は、第1の寸法と第2の寸法により形成された断面領域を有し
、前記第1の寸法は、前記入口から前記出口方向に前記本体を通って縦軸に沿っ
て減少しており、前記第2の寸法は、前記入口から前記出口方向に前記縦軸に沿
って増大しており、 前記第1の寸法が、第1の割合で前記流体出口に向かって減少し、それから第
2の割合で前記流体出口に向かって減少しており、前記第1の割合は前記第2の
割合より大きく、 前記第2の寸法が、第1の割合で前記流体出口に向かって増大し、それから第
2の割合で前記流体出口に向かって増大しており、前記第1の割合は前記第2の
割合より大きいことを特徴とする液体霧化装置。
40. A liquid atomizer comprising: a body having at least one fluid inlet having a splitter, at least one fluid outlet, and a fluid passage extending between said inlet and said outlet. A splitter and the body forming at least two fluid openings to the passage; the passage forming impingement mixing and a shear mixing downstream from the impingement mixing zone; An impingement surface, wherein the impingement surface is configured such that fluid is directed substantially normal to a longitudinal axis extending through the body; A cross-sectional area defined by a first dimension and a second dimension, wherein the first dimension decreases along the longitudinal axis through the body from the inlet in the direction of the outlet; The dimensions of Increasing along the longitudinal axis from the inlet to the outlet, the first dimension decreasing at a first rate toward the fluid outlet, and then toward the fluid outlet at a second rate. The first rate is greater than the second rate, and the second dimension increases at a first rate toward the fluid outlet and then at a second rate. Wherein the first rate is greater than the second rate.
【請求項41】 (a) 気相と液相を有する2相流体の少なくとも2つの
ストリームを形成する工程と、 (b) 各ストリームの少なくとも一部を他のストリームの少なくとも一部に
衝突させ、衝突ストリーム間の狭角が約120°〜240°で単一の混合ストリ
ームを形成するように、前記ストリームを衝突混合域に通過させる工程と、 (c) 前記単一の混合ストリームを剪断混合域に通過させ、剪断混合力を前
記単一の混合ストリームに付与して剪断混合ストリームを形成する工程と、 (d) 前記気相が膨張し、前記液相の表面積が増大するように、前記剪断混
合ストリームを霧化域に通過させて、液滴スプレーを生成する工程とを有する 液滴のスプレーを形成することを特徴とする方法。
41. (a) forming at least two streams of a two-phase fluid having a gas phase and a liquid phase; and (b) impinging at least a portion of each stream with at least a portion of another stream; Passing the stream through an impingement mixing zone such that the narrow angle between the impinging streams is about 120 ° to 240 ° to form a single mixing stream; and (c) passing the single mixing stream into a shear mixing zone. And applying a shear mixing force to the single mixing stream to form a shear mixing stream; and (d) the shearing so that the gas phase expands and the surface area of the liquid phase increases. Passing the mixed stream through an atomization zone to produce a droplet spray.
【請求項42】 気相ストリームを液相ストリームと結合して、前記2相の
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41に記載の方法。
42. The method of claim 41, further comprising combining a gas phase stream with a liquid phase stream to form the two-phase fluid.
【請求項43】 前記衝突域および前記剪断混合域が、 (i)導入される流動ストリームを2相流体の少なくとも2つのストリームに分
割することのできるスプリッタを有する流体入口と流体出口とを有し、前記入口
と前記出口の間に配置された衝突混合域と剪断混合域とを形成するように構成さ
れた本体と、 (ii)少なくとも1つの衝突表面を有し、前記衝突表面は、前記接触表面と
接触する流体ストリームの少なくとも一部を他の衝突ストリームに衝突させるよ
うに構成されていて、2つの衝突ストリーム間の狭角は、約120°〜240°
の間にある前記衝突混合域と、 (iii)第1の寸法と第2の寸法により形成された断面領域を有し、前記第
1の寸法は、前記流体出口の方向に前記本体を通って縦軸に沿って減少している
前記剪断混合域と を有するノズル内に含まれていることを特徴とする請求項42に記載の方法。
43. The impingement zone and the shear mixing zone include: (i) a fluid inlet and a fluid outlet having a splitter capable of splitting an incoming flow stream into at least two streams of a two-phase fluid. A body configured to form an impingement mixing zone and a shear mixing zone disposed between the inlet and the outlet; and (ii) at least one impingement surface, wherein the impingement surface comprises At least a portion of the fluid stream in contact with the surface is configured to impinge on another impingement stream, wherein a narrow angle between the two impingement streams is between about 120 ° and 240 °
And (iii) a cross-sectional area formed by a first dimension and a second dimension, the first dimension passing through the body in the direction of the fluid outlet. 43. The method of claim 42, wherein the nozzle has a shear mixing zone decreasing along a vertical axis.
【請求項44】 前記剪断混合域が丸形側端を有していることを特徴とする
請求項43に記載の方法。
44. The method of claim 43, wherein said shear mixing zone has a rounded side edge.
【請求項45】 前記ノズルが、前記流体出口と流動連通するスプレー分散
器をさらに有することを特徴とする請求項44に記載の方法。
45. The method of claim 44, wherein said nozzle further comprises a spray disperser in flow communication with said fluid outlet.
【請求項46】 前記分散器は、圧力が前記剪断混合域内の圧力より小さい
霧化域を形成していることを特徴とする請求項45に記載の方法。
46. The method of claim 45, wherein the disperser forms an atomization zone where the pressure is less than the pressure in the shear mixing zone.
【請求項47】 前記分散器が、その中を通って延在している分散器流体通
路を有し、前記通路が前記分散器の前記出口方向に前記通路の縦軸に沿って分岐
している第1の寸法を有し、丸形側端を有していることを特徴とする請求項46
に記載の方法。
47. The disperser has a disperser fluid passage extending therethrough, the passage diverging along the longitudinal axis of the passage toward the outlet of the disperser. 47. The method of claim 46, wherein the first dimension has a rounded end.
The method described in.
【請求項48】 衝突ストリーム間の前記狭角が約120°〜240°であ
ることを特徴とする請求項41に記載の方法。
48. The method of claim 41, wherein said narrow angle between impinging streams is between about 120 ° and 240 °.
【請求項49】 衝突ストリーム間の前記狭角が約180°であることを特
徴とする請求項41に記載の方法。
49. The method of claim 41, wherein said narrow angle between impinging streams is about 180 °.
【請求項50】 (a)気相と液相からなる2相流体の複数ストリームを形
成する工程と、 (b) 各ストリームの少なくとも一部を他ストリームの少なくとも一部に衝
突させ、衝突ストリーム間の狭角が約120°〜240°で単一の混合ストリー
ムを形成する工程と、 (c) 前記単一の混合ストリームに剪断混合力を与えて剪断混合ストリーム
を形成する工程と、 (d) 前記剪断混合ストリーム中の前記気相を膨張させて、原料液滴のスプ
レーを生成する工程とを有する液滴スプレーを形成することを特徴とする方法。
50. (a) forming a plurality of streams of a two-phase fluid consisting of a gaseous phase and a liquid phase; and (b) causing at least a portion of each stream to collide with at least a portion of another stream. Forming a single mixed stream with a narrow angle of about 120 ° to 240 °; (c) applying a shear mixing force to said single mixed stream to form a shear mixed stream; (d) Expanding the gas phase in the shear-mixed stream to produce a spray of raw material droplets to form a droplet spray.
【請求項51】 気相ストリームを液相ストリームと結合して、前記2相の
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50に記載の方法。
51. The method of claim 50, further comprising combining a gas phase stream with a liquid phase stream to form the two-phase fluid.
【請求項52】 前記衝突域および前記剪断混合域が、 (i)導入される流動ストリームを2相流体の少なくとも2つのストリームに分
割することのできるスプリッタを有する流体入口と流体出口とを有し、前記入口
と前記出口の間に配置された衝突混合域と剪断混合域とを形成するように構成さ
れた本体と、 (ii)少なくとも1つの衝突表面を有し、前記衝突表面は、前記衝突表面と
接触する流体ストリームの少なくとも一部を他の衝突ストリームに衝突させるよ
うに構成されていて、2つの衝突ストリーム間の狭角は約170°〜190°の
間にある前記衝突混合域と 、 (iii)第1の寸法と第2の寸法により形成された断面領域を有し、前記第
1の寸法は、前記流体出口方向に前記本体を通って縦軸に沿って減少している前
記剪断混合域とを有するノズル内に含まれていることを特徴とする請求項51に
記載の方法。
52. The impingement zone and the shear mixing zone include: (i) a fluid inlet and a fluid outlet having a splitter capable of splitting an incoming flow stream into at least two streams of a two-phase fluid. A body configured to form an impingement mixing zone and a shear mixing zone disposed between the inlet and the outlet; and (ii) having at least one impingement surface, the impingement surface comprising: Said impingement mixing zone configured to impinge at least a portion of the fluid stream in contact with the surface with another impingement stream, wherein the narrow angle between the two impingement streams is between about 170 ° and 190 °; (Iii) the shear having a cross-sectional area defined by a first dimension and a second dimension, the first dimension decreasing along the longitudinal axis through the body in the direction of the fluid outlet. The method of claim 51, characterized in that contained in the nozzle and a coupling region.
【請求項53】 前記剪断混合域が丸形側端を有していることを特徴とする
請求項52に記載の方法。
53. The method of claim 52, wherein said shear mixing zone has a rounded side edge.
【請求項54】 前記ノズルは、前記流体出口と流動連通するスプレー分散
器をさらに有することを特徴とする請求項53に記載の方法。
54. The method of claim 53, wherein the nozzle further comprises a spray disperser in flow communication with the fluid outlet.
【請求項55】 前記分散器は、圧力が前記剪断混合域内の圧力より小さい
霧化域を形成していることを特徴とする請求項54に記載の方法。
55. The method of claim 54, wherein the disperser forms an atomization zone where the pressure is less than the pressure in the shear mixing zone.
【請求項56】 前記分散器が、その中を通って延在している分散器流体通
路を有し、前記通路が前記分散器の前記出口の方向に前記通路の縦軸に沿って分
岐している第1の寸法を有し、丸形側端を有していることを特徴とする請求項5
5に記載の方法。
56. The disperser has a disperser fluid passage extending therethrough, the passage diverging along the longitudinal axis of the passage in the direction of the outlet of the disperser. 6. The method of claim 5, wherein the first dimension has a rounded end.
5. The method according to 5.
【請求項57】 前記衝突ストリーム間の前記狭角が約175°〜185°
であることを特徴とする請求項56に記載の方法。
57. The narrow angle between the impinging streams is between about 175 ° and 185 °.
57. The method of claim 56, wherein
【請求項58】 前記衝突ストリーム間の前記狭角が約180°であること
を特徴とする請求項56に記載の方法。
58. The method of claim 56, wherein the narrow angle between the impinging streams is about 180 degrees.
【請求項59】 前記流体開口部が断面領域を有し、前記本体の前記流体出
口が断面領域を有し、前記本体の前記流体出口の断面領域が前記流体開口部の前
記断面領域の合計より小さいことを特徴とする請求項7に記載の装置。
59. The fluid opening has a cross-sectional area, the fluid outlet of the body has a cross-sectional area, and the cross-sectional area of the fluid outlet of the body is greater than the sum of the cross-sectional areas of the fluid opening. The device of claim 7, wherein the device is small.
【請求項60】 前記流体開口部が断面領域を有し、前記本体の前記流体出
口が断面領域を有し、前記本体の前記流体出口の断面領域が前記流体開口部の前
記断面領域の合計より小さいことを特徴とする請求項20に記載の装置。
60. The fluid outlet having a cross-sectional area, the fluid outlet of the body having a cross-sectional area, and the fluid outlet of the body having a cross-sectional area greater than a sum of the cross-sectional areas of the fluid opening. 21. The device of claim 20, wherein the device is small.
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