噴射ノズル
流動接触分解装置の油と蒸気との霧状の混合物などの、少なくとも1流体を任意の噴霧パターンで容器内の流体流れに吐出する噴射ノズルにおいて、ノズルは、ノズルの近くで流体流れの流れパターンを変えてノズルの腐食を抑制し、噴霧パターンを維持する。ノズルは、少なくとも1つの注入導管を規定する注入口部材と、注入口部材と流体的に連通している排出口部材とを含む。排出口部材は、外面と、排出口の軸の周囲に互いに相対的に角度間隔を空けて配置された複数の隆起とを含み、各隆起は、長さ(L)及び直径(D)を有する少なくとも1つの注入導管と流体的に連通している排出開口と、軸方向に延びる壁とを規定し、軸方向に延びる壁は、外面に対して約3.175ミリメートル長い長さ(X)、外方向に延び、L/Dは少なくとも約1/2である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
(関連出願の相互参照)
本願は、2007年2月13日出願の米国特許仮出願番号60/901,151号の優先権を主張し、2005年11月29日出願の米国特許仮出願番号60/741,022号の優先権を主張する2006年11月29日出願の米国特許出願番号11/606,591号に関連する。当該仮出願及び出願の開示内容の全てを本願の一部として援用する。
【0002】
本発明は、噴射ノズルに関し、特に、少なくとも1流体を霧状の噴射で吐出する噴射ノズルであって、特に、腐食を抑制し、腐食が発生した場合、一貫した噴霧パターンを維持する噴射ノズルに関する。
【背景技術】
【0003】
流動接触分解(FCC、Fluidized Catalytic Cracking)は、石油精製業界において用いられる主要な精製方法の1つである。FCCプロセスは、主に石油系炭化水素から成る物質を分解して内熱機関用の燃料や灯油などの生成物を生産するために用いられる。分解プロセスは、通常、FCCシステムの一部を形成する、垂直配向導管、または、反応器を含む垂直パイプにおいて行われる。プロセスの間、一般的に、通気(流動)状態の高温の触媒粒子が、垂直パイプの底部に導入され、上方に流れるように促される。触媒が垂直パイプを移動するに従って、炭化水素原料は蒸気と混合して部分的に流動化し、触媒の流れに注入され、炭化水素原料をより単純な(軽い)分子形態に分解する分解反応を起こす。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】米国特許第7108195号明細書
【特許文献2】米国特許第6763902号明細書
【特許文献3】米国特許第6142248号明細書
【特許文献4】米国特許第6042717号明細書
【特許文献5】米国特許第5704554号明細書
【特許文献6】米国特許第5033681号明細書
【特許文献7】米国特許第5017536号明細書
【特許文献8】米国特許第4994239号明細書
【特許文献9】米国特許第4843050号明細書
【特許文献10】米国特許第4452324号明細書
【特許文献11】米国特許第4443551号明細書
【特許文献12】米国特許第4369849号明細書
【特許文献13】米国特許第4322384号明細書
【特許文献14】米国特許第4032300号明細書
【特許文献15】米国特許第3974091号明細書
【特許文献16】米国特許第2700576号明細書
【特許文献17】米国特許第5474235号明細書
【特許文献18】米国特許出願公開第2006/0144758号明細書
【特許文献19】米国特許出願公開第2006/0016726号明細書
【特許文献20】米国特許出願公開第2004/0195395号明細書
【特許文献21】米国特許第4875996号明細書
【特許文献22】米国特許出願公開第2005/0214474号明細書
【特許文献23】米国特許出願公開第2005/0279863号明細書
【特許文献24】米国特許出願公開第2006/0049282号明細書
【特許文献25】米国特許出願公開第2006/0273205号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
FCCプロセスの最適な分解条件では、触媒と炭化水素原料とを実質的に即時に均質に混合する必要がある。しかし、このような混合を実現するのは困難であり、一般的に、触媒及び炭化水素の流れに、高温の触媒と低温の炭化水素原料との階層化した領域が現れる。一般的に、炭化水素分子の過分解及び熱分解が、流れにおいて触媒の濃度が高い領域で起こる。逆に、炭化水素分子の不完全な分解が、通常、炭化水素の濃度が高い領域で起こる。これらの要因により、実質的に、FCCプロセス全体の歩留まりが低下する可能性がある。さらに、過分解、熱分解及び不完全な分解は、コークス降下(coke laydown)による垂直パイプ内の触媒の不活性化、空気及び残留コークスの燃焼による再生器内の触媒の再生、及び、プロパンやブタンガスなどの低沸点範囲のガス状反応生成物の過剰生成などの、望ましくない副作用を有する。
【0006】
従って、反応器内で触媒と炭化水素原料とを混合させる効果的な方法が分解プロセスにおいて極めて重要である。適切な混合は、炭化水素原料の一定の噴霧パターンが維持されることに基づいている。この噴霧パターンは、慎重に形成された流路を通る流れを抑制することによって実現される。流路の形状が変化すれば、流路の長さと直径の比(L/D)が変化し、次に噴霧パターンが変化する。形状及びL/D比の変化は、ノズルが取り付けられた垂直パイプの流動層の移動触媒によってノズル材料が腐食した結果として、最も頻繁に発生する。
【0007】
適切な混合を確実にするため、炭化水素蒸気の混合物を、上方を流れる触媒に導入する噴射ノズルが考案されてきた。しかし、FCC装置で現在用いられるノズルには、大幅な制限がある。第1に、ノズルは、炭化水素蒸気の混合物と触媒との液体接触を減少させる不均一な噴霧パターンを生成する可能性があり、それにより、均質な混合を妨げ、炭化水素分子の過分解、熱分解及び/または不完全な分解を引き起こす。第2に、ノズルは腐食しやすいので、ノズルの内部流路を著しく変え、結果として噴霧パターンを変え、それにより、FCCプロセスの歩留まりの一貫性及び出力全体を減少させる可能性がある。常圧蒸留残油変換(RCC、Reduced Crude Conversion)プロセスなど、ノズルを用いて流体を混合容器に導入する他の精製プロセスにも同様の制限がある。
【0008】
例えば、米国特許第5,553,783号には、流動接触分解装置用の供給分配装置のノズルが記載されている。腐食が起こりやすい環境においては、外表面が摩耗し、外側が摩耗するにつれて摩耗が穴の内部に広がることがある(図1A及び図1B)。穴が実質的に短くなることで形状が変わると、所望の噴霧パターンを導き、一般的には、フラットファン形の噴射を維持することができない。腐食の深さが深くなるにつれて、フラットファン形の噴射の輪郭が曖昧になり、最終的に、噴霧パターンは、狭い円錐パターンなどの望ましくない噴霧パターンに変形し、それにより、FCC及びRCCプロセスの全体的な効率が著しく低下する。
【0009】
噴霧パターンを導く目的で、外部隆起を有するノズルカバーが考案されてきた(図2Aから図2C、図3A、図3B、図4A及び図4B参照)。しかし、これらの構成のどれも、FCCやRCCの用途などの、ノズルを腐食する用途に用いられる場合、一貫した噴霧パターンに必要な最小L/D比の許容範囲を維持するように設計されていない。例えば、図2Aから図2Cに示されるノズルにおいて、隆起は、軸が傾いた穴パターンで噴霧パターンを導くように設計された様々なL/D比を有する。しかし、様々なL/D比では、ノズルが腐食すると、一貫した噴霧パターンを維持することが不可能になる。さらに、図3A、図3B、図4A及び図4Bに示されるノズルにおいて、隆起は、様々なL/D比を有する流路を含むキャッツアイ(cats-eye)構造を有し、様々な直径の個々の小さなフラットファン形の噴霧パターンを生成するように設計されるが、前述したノズルと同様に、ノズルが腐食すると、一貫した噴霧パターンを維持することができない。
【0010】
従って、FCC及び他の精製プロセスの歩留まりを向上させ、頻繁なノズル交換に伴うメンテナンス費用を削減するため、混合を改善し均質にする一貫したフラットな噴霧パターンを生成し、下流低圧区間及び渦流を低減して触媒の腐食を最小限にし、触媒の流れ領域を最大限にする噴射ノズルであって、ノズルが腐食しても、長期間にわたって所望の噴霧パターンを維持するのに必要な最小L/D比を維持することができる噴射ノズルが必要である。
【課題を解決するための手段】
【0011】
第1の態様によれば、本発明は、少なくとも1流体を任意の噴霧パターンで容器内の流体流れに吐出するための噴射ノズルであって、ノズルは、ノズルの近くで流体流れの流れパターンを変えてノズルの腐食を抑制し、噴霧パターンを維持する噴射ノズルに関する。ノズルは、少なくとも1つの注入導管を規定する注入口と、注入口と流体的に連通している排出口とを含み、排出口は、外面を規定する。さらに、排出口は、排出口の軸の周囲に互いに相対的に角度間隔を空けて配置された複数の隆起を規定し、各隆起は、少なくとも1つの注入導管と流体的に連通している排出開口と、軸方向に延びる壁とを規定し、軸方向に延びる壁は、外面に対して約3.175ミリメートル長い長さ(X)、外方向に延びている。注入導管は長さ(L)、直径(D)を有し、L/Dは少なくとも約1/2である。
【0012】
別の態様によれば、本発明は、流動接触分解容器と常圧蒸留残油変換容器のうち少なくとも一方において、液体と気体の霧状の混合物を吐出するためのノズルに関する。ノズルは、少なくとも1つの注入導管を規定する注入口と、注入口と流体的に連通している排出口とを含み、排出口は、外面を規定する。さらに、排出口は、排出口の軸の周囲に互いに相対的に角度間隔を空けて配置された複数の隆起を含み、各隆起は、少なくとも1つの注入導管と流体的に連通している排出開口と、軸方向に延びる壁とを規定し、軸方向に延びる壁は、外面に対して約3.175ミリメートル長い長さ(X)、外方向に延びている。注入導管は、長さ(L)、直径(D)を有し、L/Dは少なくとも約1/2である。
【0013】
別の態様によれば、本発明は、排出開口の流れ軸のほぼ全てが、容器内のターゲットに向けられ、ターゲットを横切る方向に流れるような噴霧パターンで第1及び第2流体の混合物を霧状にして導く。さらに、対象は、実質的に、噴霧パターンの流れ方向に延びる平面内に位置する。
【0014】
別の態様によれば、本発明は、流動接触分解容器と常圧蒸留残油変換容器のうち少なくとも一方において、液体と気体の霧状の混合物を吐出するためのノズルに関する。ノズルは、少なくとも1つの注入導管を規定する注入口と、注入口と流体的に連通している排出口とを含み、排出口は、外面を規定する。さらに、ノズルは、複数の隆起部材を含み、各隆起部材は、それぞれの開口に嵌合し、長さ(L)及び直径(D)を有する、少なくとも1つの注入導管と流体的に連通している排出開口と、軸方向に延びる壁とを規定し、軸方向に延びる壁は、外面に対して約3.175ミリメートル長い長さ(X)、外方向に延び、L/Dは少なくとも約1/2である。
【0015】
さらに別の態様によれば、本発明は、少なくとも1流体を任意の噴霧パターンで容器内の流体流れに吐出するための噴射ノズルに関する。ノズルは、少なくとも1流体を収容する第1手段と、少なくとも1流体を任意の噴霧パターンで放出する、第1手段と流体的に連通している第2手段と、ノズルの近くで流体流れの流れパターンを変えてノズルの腐食を抑制し、噴霧パターンを維持する、第1及び第2手段のうち少なくとも一方と流体的に連通している第3手段とを有する。このような実施形態において、第1手段は、少なくとも1流体を収容する、少なくとも1つの注入導管を規定する注入口部材であり、第2手段は、注入口部材と流体的に連通している排出口部材であり、排出口部材は、外面と、排出口の軸の周囲に互いに相対的に角度間隔を空けて配置された複数の開口とを規定し、第3手段は、複数の隆起部材であり、各隆起部材は、各開口に嵌合し、長さ(L)及び直径(D)を有する排出開口と、軸方向に延びる壁とを規定し、軸方向に延びる壁は、外面に対して約3.175ミリメートル長い長さ(X)、外方向に延び、L/Dは少なくとも約1/2である。
【0016】
さらに別の態様によれば、本発明は、少なくとも1流体を任意の噴霧パターンで容器内の流体流れに吐出するための噴射ノズルであって、ノズルの近くで流体流れの流れパターンを変えてノズルの腐食を抑制し、噴霧パターンを維持する噴射ノズルに関する。ノズルは、少なくとも1つの注入導管を規定する注入口と、注入口と流体的に連通している排出口とを有し、排出口は、外面と、排出口の中心軸の周囲に単一の連続隆起を形成する2つの壁部材とを規定する。連続隆起は、長さ(L)及び直径(D)を有する、排出口の中心軸の周囲に互いに相対的に角度間隔を空けて配置された、少なくとも1つの注入導管と流体的に連通している複数の排出開口を規定する。さらに、壁部材は、外面に対して約3.175ミリメートル長い長さ(X)、外方向に延びている。注入導管は、長さ(L)、直径(D)を有し、L/Dは少なくとも約1/2である。
【0017】
さらに別の態様によれば、本発明は、ノズルが腐食しても、ノズルによって容器内の流体流れに噴射される少なくとも1流体の噴霧パターンを維持し、ノズルの腐食を抑制する方法に関する。本方法は、少なくとも1流体を任意の噴霧パターンで容器に吐出する噴射ノズルを設けるステップを含み、噴射ノズルは、少なくとも1流体を収容する、少なくとも1つの注入導管を規定する注入口部材と、注入口部材と流体的に連通している排出口部材とを有する。排出口部材は、外面と、排出口部材の軸の周囲に互いに相対的に角度間隔を空けて配置された複数の開口とを規定する。流体流れは、容器に導入される。複数の隆起部材が設けられ、各隆起部材は、各開口に嵌合し、長さ(L)及び直径(D)を有する、少なくとも1つの注入導管と流体的に連通している排出開口と、軸方向に延びる壁とを規定し、軸方向に延びる壁は、外面に対して約3.175ミリメートル長い長さ(X)、外方向に延び、L/Dは少なくとも約1/2である。最後に、約1/2のL/D比が、ノズルが腐食しても、長期間維持される。
【発明の効果】
【0018】
本ノズルの1つの利点は、角度間隔を空けて配置された隆起を含むことで、ノズルの近くでFCC容器における触媒の流れパターンを変え、ノズルがFCCプロセスなどで起こる腐食の悪影響を受けにくくする(抑制する)ことで、従来の噴射ノズルと比較してノズルの耐用年数が上がることである。本ノズルの別の利点は、隆起構造が、少なくとも約1/2の最小L/D比を維持し、腐食が起こっても、ノズルが、少なくとも1流体を一貫したフラットな噴霧パターンで容器の触媒または流体流れに吐出できることである。本ノズルのさらに別の利点は、フラットな噴霧パターンを維持することで、ノズルから吐出される流体が、より一貫して触媒と相互作用するので、FCCプロセスがより効率的になることである。
【0019】
本発明の他の目的及び利点は、好ましい実施形態の以下の詳細な記載及び添付の図面からより簡単に明らかになるだろう。
【図面の簡単な説明】
【0020】
【図1A】腐食しやすい領域を示す、隆起のない従来のノズルの部分側面断面図である。
【図1B】図1Aのノズルの上面斜視図である。
【図2A】従来技術の傾いた隆起パターンを有するノズルの上面/側面斜視図である。
【図2B】図2Aのノズルの上面図である。
【図2C】図2Aのノズルの側面図である。
【図3A】「キャッツアイ」隆起構造を有する従来技術のノズルの部分上面図である。
【図3B】線A−Aに沿った図3Aのノズルの部分側面断面図である。
【図4A】別の「キャッツアイ」隆起構造を示す、従来技術のノズルの上面図である。
【図4B】線B−Bに沿った図3Aのノズルの部分側面断面図である。
【図5A】本発明のノズルの上面/側面斜視図である。
【図5B】図5Aのノズルの上面図である。
【図5C】図5Aのノズルの側面図である。
【図6A】本発明のノズルの実施形態の部分側面断面図である。
【図6B】図6Aのノズルの上面図である。
【図7】本発明のノズルの実施形態の部分側面断面図である。
【図8A】本発明のノズルの実施形態の部分側面断面図である。
【図8B】図8Aのノズルの上面図である。
【図9A】本発明のノズルの実施形態の部分側面断面図である。
【図9B】図9Aのノズルの上面図である。
【図10】本発明の隆起の実施形態の部分側面断面図である。
【発明を実施するための形態】
【0021】
図5から図7及び図10に、本発明のノズルの第1の実施形態を参照番号10で一般的に示す。ノズル10は、少なくとも1流体を任意の噴霧パターンで、(図示しない)容器内の流体流れに吐出し、ノズルの近くで流体流れの流れパターンを変えてノズルの腐食を抑制し、噴霧パターンを維持する。本発明の1実施形態において、ノズルは、第1及び第2流体の霧状の混合物を吐出する。実施形態の一例では、第1流体は油であり、第2流体は気体または蒸気であり、容器は、接触分解容器である。しかし、本願に基づいて当業者が理解するように、本発明のノズルは、現在既知の、または、今後既知となる多数の異なる種類の用途のいずれかに関連した多数の異なる種類の流体のいずれにも同様に使用できる。
【0022】
ノズル10は、少なくとも1流体、及び、1実施形態では、第1及び第2流体を収容する、少なくとも1つの注入導管を規定する注入部12を有する。ノズルの排出部16は、外面18と複数の開口22とを規定する。複数の開口22は、外面18を通過して延び、注入部12と流体的に連通し、排出部16の中心軸24の周囲に互いに相対的に角度間隔を空けて配置されている。さらに、排出部は、排出口の軸の周囲に互いに相対的に角度間隔を空けて配置された複数の隆起26または突起を含む。各隆起は、少なくとも1つの注入導管と流体的に連通している排出開口28と、軸方向に延びる壁30とを規定する。1実施形態において、軸方向に延びる壁30は、外面18に対して約3.175ミリメートル長い長さ(X)、外方向に延び、約5ミリメートルまたは4.7625ミリメートル(3/16インチ)の壁の厚さを有する。一般的に、隆起26は、ほぼ円筒形状で、排出開口は、ほぼ円形である。しかし、本発明の趣旨及び範囲から逸脱することなく、現在既知の、または、今後既知となる、多数の隆起26及び排出開口28の構成を用いることができることに留意されたい。例えば、図9A及び図9Bに示すように、長方形の排出開口を規定するほぼ円筒形の隆起を用いることができる。噴射の方向が開口22の軸に確実に沿うように、各隆起26からの噴射の出口の平面は、当該隆起に関連する開口22の軸にほぼ垂直である。
【0023】
図6A、図6B、図7及び図10に示すように、各隆起26の各排出開口28は、長さ(L)及び直径(D)を有する。FCCの用途などにおいて、ノズルが腐食しても、一貫した正確な噴霧パターンを維持するため、L/D比は少なくとも約1/2に維持されるが、これは、隆起のない従来のノズルと比較して、隆起26の材料を追加することにより可能となる。隆起26により追加された材料により、排出開口の長さLが短くなりすぎる前に、より多くの腐食が起こり、それにより、L/D比を約1/2未満に減少させ、所望のフラットファン形の噴射の輪郭を曖昧にする。腐食がさらに続くと、望ましくない狭い円錐状の噴霧パターンが現れ、FCCまたはRCCプロセスなどの効率に悪影響を及ぼす。
【0024】
排出部16及び隆起26は、図6A及び図6Bに示すように、単一部品として一体化されてもよいし、または、別の実施形態(図7)においては、別個の部品でもよい。別個の場合、隆起26は、排出部16の開口22に嵌合し、所定の位置に溶接及び/または機械的に固定されるか、あるいは、隆起が所定の位置に堅く保持される限り、現在既知の、または、今後既知となる他の任意の適切な固定方法で所定の位置に保持される。後者の実施形態は、各隆起26を、ノズルの排出部16全体を交換することなく変更でき、隆起26をノズル排出口16と異なる材料で形成できるという利点をもたらす。
【0025】
排出開口22は、米国特許第5,553,783号及び5,692,682号の開示に従って、ほぼフラットファン形の噴霧パターンを形成するように構成されることが好ましい。両特許とも、「フラットファン形スプレーノズル」という名称で、それぞれ、本発明の出願人に譲渡され、開示内容の全てを本願の一部として援用する。前述の特許の開示によれば、排出開口22の流れ軸のほぼ全てが、容器内の(図示しない)ターゲット「T」に向けられ、ターゲットを横切る方向に流れるような噴霧パターンで第1及び第2流体の混合物を霧状にして導き、ターゲットは、実質的に、噴霧パターンの流れ方向に延びる平面内に位置する。さらに、各排出開口22の流れ軸は、排出開口22が協力してほぼフラットファン形の噴霧パターンを規定するように、ターゲット「T」に交差するように向けられ、ターゲット「T」は、実質的に、容器の垂直軸に対して鋭角に向いた平面内に位置する。本発明の1実施形態において、ターゲット「T」は線形で、排出部の外面18の中心軸とほぼ交差する。
【0026】
ノズル10は、さらに、注入部12と排出部16との間で流体的に連通し、少なくとも1流体を混合する(図示しない)混合チャンバを有する。1実施形態において、混合チャンバは、排出開口22のすぐ上流の排出部16内に形成される。
【0027】
1実施形態において、ノズル10は、さらに、混合チャンバと注入部12との間に位置する(図示しない)少なくとも1つの羽根を有することが好ましい。羽根は、第1及び第2流体の一部を受けて旋回環状流を形成するために、注入部の長軸に対して横に延び、第1及び第2流体の一部を受けて実質的に軸流を形成するために、ほぼ中心部の開口の少なくとも一部を規定する。現在検討している羽根及びそのような羽根を本発明のノズルに組み込む方法は、援用される同一出願人の特許に示される。このような実施形態において、各羽根は、ほぼ凸状の丸屋根及びほぼ凹状の丸屋根を規定する。本実施形態において、各丸屋根は、ほぼ半円形であり、凸状の丸屋根は、凹状の丸屋根に対して上流に位置する。ノズルは、2つの羽根を有し、各羽根は、注入部12のほぼ半円形の部分のそれぞれを通って横向きに延びることが好ましい。ノズルは、羽根の代替として、援用される同一出願人の特許にさらに記載されるように、注入部から排出部への方向に螺旋状に延びる(図示しない)噴射部材を有してもよい。
【0028】
ノズル10は、特に、流動接触分解装置(「FCCU」)及び常圧蒸留残油変換装置(「RCCU」)の供給分配装置として用いられるのに適している。FCCU及びRCCUは、一般的に、主に、常温以上の温度及び常圧で液体である石油系炭化水素から成る材料、または、再利用物質を変換して、主に、モータまたは他の液体燃料、または、原料油よりも低い平均分子量のナフサを、通常、気体炭化水素である副生成物とともに生成する。変換は、一般的に、
(a)セ氏約260度(華氏約500度)を超える温度で、
(b)反応を生じさせる、または、促す特定の目的のため、反応帯域に固体の触媒がある状態で行われ、それによって、同じ出発物質で触媒がない以外は同じ条件で生成される結果と明確に判別できる程度に異なる、歩留まり、生成物の特徴または反応のスピードについての結果が生じる。
【0029】
また、このような装置では、一般的に、(1)変換及び触媒再生は、触媒が帯域間を移動しながら、別々の帯域で進み、(2)触媒は、変換段階の炭化水素蒸気中に分散した、細かく分離した固体の触媒からなる流体の塊の形で、反応帯域に維持され、(3)触媒の反応帯域での平均滞留時間は、炭化水素蒸気の反応帯域での平均滞留時間よりも長い。
【0030】
図8A及び図8Bには、本発明のノズルの別の実施形態が、一般的に、参照番号110によって示される。ノズル110は、図5から図7及び図10を参照すると、上記のノズル10といくつかの点で類似しているので、番号「1」が前に付く同様の参照番号を用いて、同様の構成要素を示す。ノズル10と同様に、ノズル110は、第1及び第2流体を霧状の噴射で、(図示しない)容器内に吐出するために設けられる。ノズル110は、注入口112及び排出口116を含む。排出口116は、さらに、外面118と、排出口116の中心軸124を囲む連続隆起126を形成する2つの隆起した壁状部材136及び138とを規定する。連続隆起126は、そこから少なくとも1流体が上述したフラットファン形の噴霧パターンなどのフラットな噴霧パターンで吐出される、複数の排出開口122を規定する。隆起した壁状部分により、隆起は、排出口116の外面118に対して少なくとも約3.175ミリメートル延びる。各排出開口は、L/D比が、少なくとも約1/2に保たれるような長さ(L)及び直径(D)を有し、付加された隆起材料により、ノズル10が腐食しても、従来のノズル構成と比較して、長期間、噴霧パターンの一貫性を保つ。本実施形態は、特に、個々の隆起が互いに干渉し合う可能性がある、より大きな直径を有する開口が必要な用途に有用である。
【0031】
ノズル10及び110の1つの利点は、角度間隔を空けて配置された隆起26を含むことで、ノズルの近くでFCC容器における触媒の流れパターンを変え、ノズルがFCCプロセスなどにおいて起こる腐食の悪影響を受けにくくする(抑制する)ことで、従来の噴射ノズルと比較してノズルの耐用年数を上げることである。ノズル10及び110の別の利点は、隆起構造が、少なくとも約1/2の最小L/D比を維持し、腐食が起こっても、ノズル10が、長期間、少なくとも1流体を一貫したフラットな噴霧パターンで容器の触媒または流体流れに吐出できることである。ノズル10のさらに別の利点は、フラットな噴霧パターンを維持することで、ノズルから吐出される流体が、より一貫して触媒と相互作用するので、FCCプロセスがより効率的になることである。ノズル10及び110のさらに別の利点は、隆起を用いて、フラットファン形の厚さの制御、または、その形状の変更ができることである。隆起26及び126を追加することにより与えられる、少なくとも約1/2のL/D比により、このように生成された噴射器は、より狭く、より良好に規定される。この特徴により、例えば、フラットファン形をより薄くすることができ、油/触媒の接触を、確実に、よりほぼ瞬間的にするので、FCCまたはRCCプロセスにおいて利点となる。
【0032】
本願に基づいて当業者が理解するように、添付の請求の範囲に定義される発明の趣旨及び範囲から逸脱することなく、本発明のノズルの上述、及び、他の実施形態に多くの変更及び修正を行ってもよい。例えば、ノズルの隆起及び排出開口は、現在既知の、または、今後既知となる多くの形状及び構造を採用してもよい。さらに、隆起及び排出開口の、排出口の中心軸に対する方向を変えることができる。さらに、現在既知の、または、今後既知となる、多くの異なる材料、排出開口の構造、噴霧パターンの構造、混合チャンバ、混合構造及び/または噴霧器のいずれも、本発明の様々なノズルに用いてもよい。従って、好ましい実施形態の詳細な説明は、限定的なものではなく、例示と解釈されるべきである。
【技術分野】
【0001】
(関連出願の相互参照)
本願は、2007年2月13日出願の米国特許仮出願番号60/901,151号の優先権を主張し、2005年11月29日出願の米国特許仮出願番号60/741,022号の優先権を主張する2006年11月29日出願の米国特許出願番号11/606,591号に関連する。当該仮出願及び出願の開示内容の全てを本願の一部として援用する。
【0002】
本発明は、噴射ノズルに関し、特に、少なくとも1流体を霧状の噴射で吐出する噴射ノズルであって、特に、腐食を抑制し、腐食が発生した場合、一貫した噴霧パターンを維持する噴射ノズルに関する。
【背景技術】
【0003】
流動接触分解(FCC、Fluidized Catalytic Cracking)は、石油精製業界において用いられる主要な精製方法の1つである。FCCプロセスは、主に石油系炭化水素から成る物質を分解して内熱機関用の燃料や灯油などの生成物を生産するために用いられる。分解プロセスは、通常、FCCシステムの一部を形成する、垂直配向導管、または、反応器を含む垂直パイプにおいて行われる。プロセスの間、一般的に、通気(流動)状態の高温の触媒粒子が、垂直パイプの底部に導入され、上方に流れるように促される。触媒が垂直パイプを移動するに従って、炭化水素原料は蒸気と混合して部分的に流動化し、触媒の流れに注入され、炭化水素原料をより単純な(軽い)分子形態に分解する分解反応を起こす。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】米国特許第7108195号明細書
【特許文献2】米国特許第6763902号明細書
【特許文献3】米国特許第6142248号明細書
【特許文献4】米国特許第6042717号明細書
【特許文献5】米国特許第5704554号明細書
【特許文献6】米国特許第5033681号明細書
【特許文献7】米国特許第5017536号明細書
【特許文献8】米国特許第4994239号明細書
【特許文献9】米国特許第4843050号明細書
【特許文献10】米国特許第4452324号明細書
【特許文献11】米国特許第4443551号明細書
【特許文献12】米国特許第4369849号明細書
【特許文献13】米国特許第4322384号明細書
【特許文献14】米国特許第4032300号明細書
【特許文献15】米国特許第3974091号明細書
【特許文献16】米国特許第2700576号明細書
【特許文献17】米国特許第5474235号明細書
【特許文献18】米国特許出願公開第2006/0144758号明細書
【特許文献19】米国特許出願公開第2006/0016726号明細書
【特許文献20】米国特許出願公開第2004/0195395号明細書
【特許文献21】米国特許第4875996号明細書
【特許文献22】米国特許出願公開第2005/0214474号明細書
【特許文献23】米国特許出願公開第2005/0279863号明細書
【特許文献24】米国特許出願公開第2006/0049282号明細書
【特許文献25】米国特許出願公開第2006/0273205号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
FCCプロセスの最適な分解条件では、触媒と炭化水素原料とを実質的に即時に均質に混合する必要がある。しかし、このような混合を実現するのは困難であり、一般的に、触媒及び炭化水素の流れに、高温の触媒と低温の炭化水素原料との階層化した領域が現れる。一般的に、炭化水素分子の過分解及び熱分解が、流れにおいて触媒の濃度が高い領域で起こる。逆に、炭化水素分子の不完全な分解が、通常、炭化水素の濃度が高い領域で起こる。これらの要因により、実質的に、FCCプロセス全体の歩留まりが低下する可能性がある。さらに、過分解、熱分解及び不完全な分解は、コークス降下(coke laydown)による垂直パイプ内の触媒の不活性化、空気及び残留コークスの燃焼による再生器内の触媒の再生、及び、プロパンやブタンガスなどの低沸点範囲のガス状反応生成物の過剰生成などの、望ましくない副作用を有する。
【0006】
従って、反応器内で触媒と炭化水素原料とを混合させる効果的な方法が分解プロセスにおいて極めて重要である。適切な混合は、炭化水素原料の一定の噴霧パターンが維持されることに基づいている。この噴霧パターンは、慎重に形成された流路を通る流れを抑制することによって実現される。流路の形状が変化すれば、流路の長さと直径の比(L/D)が変化し、次に噴霧パターンが変化する。形状及びL/D比の変化は、ノズルが取り付けられた垂直パイプの流動層の移動触媒によってノズル材料が腐食した結果として、最も頻繁に発生する。
【0007】
適切な混合を確実にするため、炭化水素蒸気の混合物を、上方を流れる触媒に導入する噴射ノズルが考案されてきた。しかし、FCC装置で現在用いられるノズルには、大幅な制限がある。第1に、ノズルは、炭化水素蒸気の混合物と触媒との液体接触を減少させる不均一な噴霧パターンを生成する可能性があり、それにより、均質な混合を妨げ、炭化水素分子の過分解、熱分解及び/または不完全な分解を引き起こす。第2に、ノズルは腐食しやすいので、ノズルの内部流路を著しく変え、結果として噴霧パターンを変え、それにより、FCCプロセスの歩留まりの一貫性及び出力全体を減少させる可能性がある。常圧蒸留残油変換(RCC、Reduced Crude Conversion)プロセスなど、ノズルを用いて流体を混合容器に導入する他の精製プロセスにも同様の制限がある。
【0008】
例えば、米国特許第5,553,783号には、流動接触分解装置用の供給分配装置のノズルが記載されている。腐食が起こりやすい環境においては、外表面が摩耗し、外側が摩耗するにつれて摩耗が穴の内部に広がることがある(図1A及び図1B)。穴が実質的に短くなることで形状が変わると、所望の噴霧パターンを導き、一般的には、フラットファン形の噴射を維持することができない。腐食の深さが深くなるにつれて、フラットファン形の噴射の輪郭が曖昧になり、最終的に、噴霧パターンは、狭い円錐パターンなどの望ましくない噴霧パターンに変形し、それにより、FCC及びRCCプロセスの全体的な効率が著しく低下する。
【0009】
噴霧パターンを導く目的で、外部隆起を有するノズルカバーが考案されてきた(図2Aから図2C、図3A、図3B、図4A及び図4B参照)。しかし、これらの構成のどれも、FCCやRCCの用途などの、ノズルを腐食する用途に用いられる場合、一貫した噴霧パターンに必要な最小L/D比の許容範囲を維持するように設計されていない。例えば、図2Aから図2Cに示されるノズルにおいて、隆起は、軸が傾いた穴パターンで噴霧パターンを導くように設計された様々なL/D比を有する。しかし、様々なL/D比では、ノズルが腐食すると、一貫した噴霧パターンを維持することが不可能になる。さらに、図3A、図3B、図4A及び図4Bに示されるノズルにおいて、隆起は、様々なL/D比を有する流路を含むキャッツアイ(cats-eye)構造を有し、様々な直径の個々の小さなフラットファン形の噴霧パターンを生成するように設計されるが、前述したノズルと同様に、ノズルが腐食すると、一貫した噴霧パターンを維持することができない。
【0010】
従って、FCC及び他の精製プロセスの歩留まりを向上させ、頻繁なノズル交換に伴うメンテナンス費用を削減するため、混合を改善し均質にする一貫したフラットな噴霧パターンを生成し、下流低圧区間及び渦流を低減して触媒の腐食を最小限にし、触媒の流れ領域を最大限にする噴射ノズルであって、ノズルが腐食しても、長期間にわたって所望の噴霧パターンを維持するのに必要な最小L/D比を維持することができる噴射ノズルが必要である。
【課題を解決するための手段】
【0011】
第1の態様によれば、本発明は、少なくとも1流体を任意の噴霧パターンで容器内の流体流れに吐出するための噴射ノズルであって、ノズルは、ノズルの近くで流体流れの流れパターンを変えてノズルの腐食を抑制し、噴霧パターンを維持する噴射ノズルに関する。ノズルは、少なくとも1つの注入導管を規定する注入口と、注入口と流体的に連通している排出口とを含み、排出口は、外面を規定する。さらに、排出口は、排出口の軸の周囲に互いに相対的に角度間隔を空けて配置された複数の隆起を規定し、各隆起は、少なくとも1つの注入導管と流体的に連通している排出開口と、軸方向に延びる壁とを規定し、軸方向に延びる壁は、外面に対して約3.175ミリメートル長い長さ(X)、外方向に延びている。注入導管は長さ(L)、直径(D)を有し、L/Dは少なくとも約1/2である。
【0012】
別の態様によれば、本発明は、流動接触分解容器と常圧蒸留残油変換容器のうち少なくとも一方において、液体と気体の霧状の混合物を吐出するためのノズルに関する。ノズルは、少なくとも1つの注入導管を規定する注入口と、注入口と流体的に連通している排出口とを含み、排出口は、外面を規定する。さらに、排出口は、排出口の軸の周囲に互いに相対的に角度間隔を空けて配置された複数の隆起を含み、各隆起は、少なくとも1つの注入導管と流体的に連通している排出開口と、軸方向に延びる壁とを規定し、軸方向に延びる壁は、外面に対して約3.175ミリメートル長い長さ(X)、外方向に延びている。注入導管は、長さ(L)、直径(D)を有し、L/Dは少なくとも約1/2である。
【0013】
別の態様によれば、本発明は、排出開口の流れ軸のほぼ全てが、容器内のターゲットに向けられ、ターゲットを横切る方向に流れるような噴霧パターンで第1及び第2流体の混合物を霧状にして導く。さらに、対象は、実質的に、噴霧パターンの流れ方向に延びる平面内に位置する。
【0014】
別の態様によれば、本発明は、流動接触分解容器と常圧蒸留残油変換容器のうち少なくとも一方において、液体と気体の霧状の混合物を吐出するためのノズルに関する。ノズルは、少なくとも1つの注入導管を規定する注入口と、注入口と流体的に連通している排出口とを含み、排出口は、外面を規定する。さらに、ノズルは、複数の隆起部材を含み、各隆起部材は、それぞれの開口に嵌合し、長さ(L)及び直径(D)を有する、少なくとも1つの注入導管と流体的に連通している排出開口と、軸方向に延びる壁とを規定し、軸方向に延びる壁は、外面に対して約3.175ミリメートル長い長さ(X)、外方向に延び、L/Dは少なくとも約1/2である。
【0015】
さらに別の態様によれば、本発明は、少なくとも1流体を任意の噴霧パターンで容器内の流体流れに吐出するための噴射ノズルに関する。ノズルは、少なくとも1流体を収容する第1手段と、少なくとも1流体を任意の噴霧パターンで放出する、第1手段と流体的に連通している第2手段と、ノズルの近くで流体流れの流れパターンを変えてノズルの腐食を抑制し、噴霧パターンを維持する、第1及び第2手段のうち少なくとも一方と流体的に連通している第3手段とを有する。このような実施形態において、第1手段は、少なくとも1流体を収容する、少なくとも1つの注入導管を規定する注入口部材であり、第2手段は、注入口部材と流体的に連通している排出口部材であり、排出口部材は、外面と、排出口の軸の周囲に互いに相対的に角度間隔を空けて配置された複数の開口とを規定し、第3手段は、複数の隆起部材であり、各隆起部材は、各開口に嵌合し、長さ(L)及び直径(D)を有する排出開口と、軸方向に延びる壁とを規定し、軸方向に延びる壁は、外面に対して約3.175ミリメートル長い長さ(X)、外方向に延び、L/Dは少なくとも約1/2である。
【0016】
さらに別の態様によれば、本発明は、少なくとも1流体を任意の噴霧パターンで容器内の流体流れに吐出するための噴射ノズルであって、ノズルの近くで流体流れの流れパターンを変えてノズルの腐食を抑制し、噴霧パターンを維持する噴射ノズルに関する。ノズルは、少なくとも1つの注入導管を規定する注入口と、注入口と流体的に連通している排出口とを有し、排出口は、外面と、排出口の中心軸の周囲に単一の連続隆起を形成する2つの壁部材とを規定する。連続隆起は、長さ(L)及び直径(D)を有する、排出口の中心軸の周囲に互いに相対的に角度間隔を空けて配置された、少なくとも1つの注入導管と流体的に連通している複数の排出開口を規定する。さらに、壁部材は、外面に対して約3.175ミリメートル長い長さ(X)、外方向に延びている。注入導管は、長さ(L)、直径(D)を有し、L/Dは少なくとも約1/2である。
【0017】
さらに別の態様によれば、本発明は、ノズルが腐食しても、ノズルによって容器内の流体流れに噴射される少なくとも1流体の噴霧パターンを維持し、ノズルの腐食を抑制する方法に関する。本方法は、少なくとも1流体を任意の噴霧パターンで容器に吐出する噴射ノズルを設けるステップを含み、噴射ノズルは、少なくとも1流体を収容する、少なくとも1つの注入導管を規定する注入口部材と、注入口部材と流体的に連通している排出口部材とを有する。排出口部材は、外面と、排出口部材の軸の周囲に互いに相対的に角度間隔を空けて配置された複数の開口とを規定する。流体流れは、容器に導入される。複数の隆起部材が設けられ、各隆起部材は、各開口に嵌合し、長さ(L)及び直径(D)を有する、少なくとも1つの注入導管と流体的に連通している排出開口と、軸方向に延びる壁とを規定し、軸方向に延びる壁は、外面に対して約3.175ミリメートル長い長さ(X)、外方向に延び、L/Dは少なくとも約1/2である。最後に、約1/2のL/D比が、ノズルが腐食しても、長期間維持される。
【発明の効果】
【0018】
本ノズルの1つの利点は、角度間隔を空けて配置された隆起を含むことで、ノズルの近くでFCC容器における触媒の流れパターンを変え、ノズルがFCCプロセスなどで起こる腐食の悪影響を受けにくくする(抑制する)ことで、従来の噴射ノズルと比較してノズルの耐用年数が上がることである。本ノズルの別の利点は、隆起構造が、少なくとも約1/2の最小L/D比を維持し、腐食が起こっても、ノズルが、少なくとも1流体を一貫したフラットな噴霧パターンで容器の触媒または流体流れに吐出できることである。本ノズルのさらに別の利点は、フラットな噴霧パターンを維持することで、ノズルから吐出される流体が、より一貫して触媒と相互作用するので、FCCプロセスがより効率的になることである。
【0019】
本発明の他の目的及び利点は、好ましい実施形態の以下の詳細な記載及び添付の図面からより簡単に明らかになるだろう。
【図面の簡単な説明】
【0020】
【図1A】腐食しやすい領域を示す、隆起のない従来のノズルの部分側面断面図である。
【図1B】図1Aのノズルの上面斜視図である。
【図2A】従来技術の傾いた隆起パターンを有するノズルの上面/側面斜視図である。
【図2B】図2Aのノズルの上面図である。
【図2C】図2Aのノズルの側面図である。
【図3A】「キャッツアイ」隆起構造を有する従来技術のノズルの部分上面図である。
【図3B】線A−Aに沿った図3Aのノズルの部分側面断面図である。
【図4A】別の「キャッツアイ」隆起構造を示す、従来技術のノズルの上面図である。
【図4B】線B−Bに沿った図3Aのノズルの部分側面断面図である。
【図5A】本発明のノズルの上面/側面斜視図である。
【図5B】図5Aのノズルの上面図である。
【図5C】図5Aのノズルの側面図である。
【図6A】本発明のノズルの実施形態の部分側面断面図である。
【図6B】図6Aのノズルの上面図である。
【図7】本発明のノズルの実施形態の部分側面断面図である。
【図8A】本発明のノズルの実施形態の部分側面断面図である。
【図8B】図8Aのノズルの上面図である。
【図9A】本発明のノズルの実施形態の部分側面断面図である。
【図9B】図9Aのノズルの上面図である。
【図10】本発明の隆起の実施形態の部分側面断面図である。
【発明を実施するための形態】
【0021】
図5から図7及び図10に、本発明のノズルの第1の実施形態を参照番号10で一般的に示す。ノズル10は、少なくとも1流体を任意の噴霧パターンで、(図示しない)容器内の流体流れに吐出し、ノズルの近くで流体流れの流れパターンを変えてノズルの腐食を抑制し、噴霧パターンを維持する。本発明の1実施形態において、ノズルは、第1及び第2流体の霧状の混合物を吐出する。実施形態の一例では、第1流体は油であり、第2流体は気体または蒸気であり、容器は、接触分解容器である。しかし、本願に基づいて当業者が理解するように、本発明のノズルは、現在既知の、または、今後既知となる多数の異なる種類の用途のいずれかに関連した多数の異なる種類の流体のいずれにも同様に使用できる。
【0022】
ノズル10は、少なくとも1流体、及び、1実施形態では、第1及び第2流体を収容する、少なくとも1つの注入導管を規定する注入部12を有する。ノズルの排出部16は、外面18と複数の開口22とを規定する。複数の開口22は、外面18を通過して延び、注入部12と流体的に連通し、排出部16の中心軸24の周囲に互いに相対的に角度間隔を空けて配置されている。さらに、排出部は、排出口の軸の周囲に互いに相対的に角度間隔を空けて配置された複数の隆起26または突起を含む。各隆起は、少なくとも1つの注入導管と流体的に連通している排出開口28と、軸方向に延びる壁30とを規定する。1実施形態において、軸方向に延びる壁30は、外面18に対して約3.175ミリメートル長い長さ(X)、外方向に延び、約5ミリメートルまたは4.7625ミリメートル(3/16インチ)の壁の厚さを有する。一般的に、隆起26は、ほぼ円筒形状で、排出開口は、ほぼ円形である。しかし、本発明の趣旨及び範囲から逸脱することなく、現在既知の、または、今後既知となる、多数の隆起26及び排出開口28の構成を用いることができることに留意されたい。例えば、図9A及び図9Bに示すように、長方形の排出開口を規定するほぼ円筒形の隆起を用いることができる。噴射の方向が開口22の軸に確実に沿うように、各隆起26からの噴射の出口の平面は、当該隆起に関連する開口22の軸にほぼ垂直である。
【0023】
図6A、図6B、図7及び図10に示すように、各隆起26の各排出開口28は、長さ(L)及び直径(D)を有する。FCCの用途などにおいて、ノズルが腐食しても、一貫した正確な噴霧パターンを維持するため、L/D比は少なくとも約1/2に維持されるが、これは、隆起のない従来のノズルと比較して、隆起26の材料を追加することにより可能となる。隆起26により追加された材料により、排出開口の長さLが短くなりすぎる前に、より多くの腐食が起こり、それにより、L/D比を約1/2未満に減少させ、所望のフラットファン形の噴射の輪郭を曖昧にする。腐食がさらに続くと、望ましくない狭い円錐状の噴霧パターンが現れ、FCCまたはRCCプロセスなどの効率に悪影響を及ぼす。
【0024】
排出部16及び隆起26は、図6A及び図6Bに示すように、単一部品として一体化されてもよいし、または、別の実施形態(図7)においては、別個の部品でもよい。別個の場合、隆起26は、排出部16の開口22に嵌合し、所定の位置に溶接及び/または機械的に固定されるか、あるいは、隆起が所定の位置に堅く保持される限り、現在既知の、または、今後既知となる他の任意の適切な固定方法で所定の位置に保持される。後者の実施形態は、各隆起26を、ノズルの排出部16全体を交換することなく変更でき、隆起26をノズル排出口16と異なる材料で形成できるという利点をもたらす。
【0025】
排出開口22は、米国特許第5,553,783号及び5,692,682号の開示に従って、ほぼフラットファン形の噴霧パターンを形成するように構成されることが好ましい。両特許とも、「フラットファン形スプレーノズル」という名称で、それぞれ、本発明の出願人に譲渡され、開示内容の全てを本願の一部として援用する。前述の特許の開示によれば、排出開口22の流れ軸のほぼ全てが、容器内の(図示しない)ターゲット「T」に向けられ、ターゲットを横切る方向に流れるような噴霧パターンで第1及び第2流体の混合物を霧状にして導き、ターゲットは、実質的に、噴霧パターンの流れ方向に延びる平面内に位置する。さらに、各排出開口22の流れ軸は、排出開口22が協力してほぼフラットファン形の噴霧パターンを規定するように、ターゲット「T」に交差するように向けられ、ターゲット「T」は、実質的に、容器の垂直軸に対して鋭角に向いた平面内に位置する。本発明の1実施形態において、ターゲット「T」は線形で、排出部の外面18の中心軸とほぼ交差する。
【0026】
ノズル10は、さらに、注入部12と排出部16との間で流体的に連通し、少なくとも1流体を混合する(図示しない)混合チャンバを有する。1実施形態において、混合チャンバは、排出開口22のすぐ上流の排出部16内に形成される。
【0027】
1実施形態において、ノズル10は、さらに、混合チャンバと注入部12との間に位置する(図示しない)少なくとも1つの羽根を有することが好ましい。羽根は、第1及び第2流体の一部を受けて旋回環状流を形成するために、注入部の長軸に対して横に延び、第1及び第2流体の一部を受けて実質的に軸流を形成するために、ほぼ中心部の開口の少なくとも一部を規定する。現在検討している羽根及びそのような羽根を本発明のノズルに組み込む方法は、援用される同一出願人の特許に示される。このような実施形態において、各羽根は、ほぼ凸状の丸屋根及びほぼ凹状の丸屋根を規定する。本実施形態において、各丸屋根は、ほぼ半円形であり、凸状の丸屋根は、凹状の丸屋根に対して上流に位置する。ノズルは、2つの羽根を有し、各羽根は、注入部12のほぼ半円形の部分のそれぞれを通って横向きに延びることが好ましい。ノズルは、羽根の代替として、援用される同一出願人の特許にさらに記載されるように、注入部から排出部への方向に螺旋状に延びる(図示しない)噴射部材を有してもよい。
【0028】
ノズル10は、特に、流動接触分解装置(「FCCU」)及び常圧蒸留残油変換装置(「RCCU」)の供給分配装置として用いられるのに適している。FCCU及びRCCUは、一般的に、主に、常温以上の温度及び常圧で液体である石油系炭化水素から成る材料、または、再利用物質を変換して、主に、モータまたは他の液体燃料、または、原料油よりも低い平均分子量のナフサを、通常、気体炭化水素である副生成物とともに生成する。変換は、一般的に、
(a)セ氏約260度(華氏約500度)を超える温度で、
(b)反応を生じさせる、または、促す特定の目的のため、反応帯域に固体の触媒がある状態で行われ、それによって、同じ出発物質で触媒がない以外は同じ条件で生成される結果と明確に判別できる程度に異なる、歩留まり、生成物の特徴または反応のスピードについての結果が生じる。
【0029】
また、このような装置では、一般的に、(1)変換及び触媒再生は、触媒が帯域間を移動しながら、別々の帯域で進み、(2)触媒は、変換段階の炭化水素蒸気中に分散した、細かく分離した固体の触媒からなる流体の塊の形で、反応帯域に維持され、(3)触媒の反応帯域での平均滞留時間は、炭化水素蒸気の反応帯域での平均滞留時間よりも長い。
【0030】
図8A及び図8Bには、本発明のノズルの別の実施形態が、一般的に、参照番号110によって示される。ノズル110は、図5から図7及び図10を参照すると、上記のノズル10といくつかの点で類似しているので、番号「1」が前に付く同様の参照番号を用いて、同様の構成要素を示す。ノズル10と同様に、ノズル110は、第1及び第2流体を霧状の噴射で、(図示しない)容器内に吐出するために設けられる。ノズル110は、注入口112及び排出口116を含む。排出口116は、さらに、外面118と、排出口116の中心軸124を囲む連続隆起126を形成する2つの隆起した壁状部材136及び138とを規定する。連続隆起126は、そこから少なくとも1流体が上述したフラットファン形の噴霧パターンなどのフラットな噴霧パターンで吐出される、複数の排出開口122を規定する。隆起した壁状部分により、隆起は、排出口116の外面118に対して少なくとも約3.175ミリメートル延びる。各排出開口は、L/D比が、少なくとも約1/2に保たれるような長さ(L)及び直径(D)を有し、付加された隆起材料により、ノズル10が腐食しても、従来のノズル構成と比較して、長期間、噴霧パターンの一貫性を保つ。本実施形態は、特に、個々の隆起が互いに干渉し合う可能性がある、より大きな直径を有する開口が必要な用途に有用である。
【0031】
ノズル10及び110の1つの利点は、角度間隔を空けて配置された隆起26を含むことで、ノズルの近くでFCC容器における触媒の流れパターンを変え、ノズルがFCCプロセスなどにおいて起こる腐食の悪影響を受けにくくする(抑制する)ことで、従来の噴射ノズルと比較してノズルの耐用年数を上げることである。ノズル10及び110の別の利点は、隆起構造が、少なくとも約1/2の最小L/D比を維持し、腐食が起こっても、ノズル10が、長期間、少なくとも1流体を一貫したフラットな噴霧パターンで容器の触媒または流体流れに吐出できることである。ノズル10のさらに別の利点は、フラットな噴霧パターンを維持することで、ノズルから吐出される流体が、より一貫して触媒と相互作用するので、FCCプロセスがより効率的になることである。ノズル10及び110のさらに別の利点は、隆起を用いて、フラットファン形の厚さの制御、または、その形状の変更ができることである。隆起26及び126を追加することにより与えられる、少なくとも約1/2のL/D比により、このように生成された噴射器は、より狭く、より良好に規定される。この特徴により、例えば、フラットファン形をより薄くすることができ、油/触媒の接触を、確実に、よりほぼ瞬間的にするので、FCCまたはRCCプロセスにおいて利点となる。
【0032】
本願に基づいて当業者が理解するように、添付の請求の範囲に定義される発明の趣旨及び範囲から逸脱することなく、本発明のノズルの上述、及び、他の実施形態に多くの変更及び修正を行ってもよい。例えば、ノズルの隆起及び排出開口は、現在既知の、または、今後既知となる多くの形状及び構造を採用してもよい。さらに、隆起及び排出開口の、排出口の中心軸に対する方向を変えることができる。さらに、現在既知の、または、今後既知となる、多くの異なる材料、排出開口の構造、噴霧パターンの構造、混合チャンバ、混合構造及び/または噴霧器のいずれも、本発明の様々なノズルに用いてもよい。従って、好ましい実施形態の詳細な説明は、限定的なものではなく、例示と解釈されるべきである。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
少なくとも1流体を任意の噴霧パターンで容器内の流体流れに吐出する噴射ノズルであって、前記ノズルは、前記ノズルの近くで前記流体流れの流れパターンを変えて前記ノズルの腐食を抑制し、前記噴霧パターンを維持する噴射ノズルであって、
少なくとも1つの注入導管を規定する注入口と、
前記注入口と流体的に連通している排出口であって、前記排出口は、外面と、前記排出口の軸の周囲に互いに相対的に角度間隔を空けて配置された複数の隆起とを規定し、各隆起は長さ(L)及び直径(D)を有する、前記少なくとも1つの注入導管と流体的に連通している排出開口と、軸方向に延びる壁とを規定し、前記軸方向に延びる壁は、前記外面に対して約3.175ミリメートル長い長さ(X)、外方向に延び、L/Dは少なくとも約1/2である、排出口とを含む、噴射ノズル。
【請求項2】
請求項1に記載の噴射ノズルにおいて、前記注入口は、第1流体及び第2流体を収容し、各排出開口は、流れ軸を規定し、前記第1及び第2流体の混合物を、前記排出開口を通して霧状の噴射で前記各流れ軸の方向に導く、噴射ノズル。
【請求項3】
請求項2に記載の噴射ノズルにおいて、前記排出開口の前記流れ軸のほぼ全てが、容器内のターゲットに向けられ、前記第1及び第2流体の混合物を、前記ターゲットを横切る方向に流れるような噴霧パターンで霧状にして導き、前記ターゲットは、実質的に、前記噴霧パターンの流れ方向に延びる平面内に位置する、噴射ノズル。
【請求項4】
請求項1に記載の噴射ノズルにおいて、前記軸方向に延びる壁は、約5ミリメートルの壁の厚さを有する、噴射ノズル。
【請求項5】
請求項3に記載の噴射ノズルにおいて、前記容器は、接触分解容器と常圧蒸留残油変換容器のうち少なくとも1つであり、前記第1流体は液体であり、前記第2流体は気体である、噴射ノズル。
【請求項6】
請求項5に記載の噴射ノズルにおいて、前記第1流体は油であり、前記第2流体は蒸気である、噴射ノズル。
【請求項7】
請求項1に記載の噴射ノズルであって、さらに、前記注入部と前記排出部との間を流体的に連通し、第1及び第2流体を混合する混合チャンバを含む、噴射ノズル。
【請求項8】
請求項7に記載の噴射ノズルであって、さらに、前記混合チャンバと注入口との間に位置し、前記第1及び第2流体の一部を受けて旋回環状流を形成するために、前記注入口の長軸に対して横に延び、前記第1及び第2流体の一部を受けて実質的に軸流を形成するために、ほぼ中心部の開口の少なくとも一部を規定する、少なくとも1つの羽根を含む、噴射ノズル。
【請求項9】
少なくとも1流体を任意の噴霧パターンで容器内の流体流れに吐出する噴射ノズルであって、前記ノズルは、前記ノズルの近くで前記流体流れの流れパターンを変えて前記ノズルの腐食を抑制し、前記噴霧パターンを維持する噴射ノズルであって、
少なくとも1つの注入導管を規定する注入口と、
前記注入口と流体的に連通している排出口であって、外面と、前記排出口の軸の周囲に互いに相対的に角度間隔を空けて配置された複数の開口とを規定する排出口と、
複数の隆起部材であって、各隆起部材は、各開口に嵌合し、長さ(L)及び直径(D)を有する、前記少なくとも1つの注入導管と流体的に連通している排出開口と、軸方向に延びる壁とを規定し、前記軸方向に延びる壁は、前記外面に対して約3.175ミリメートル長い長さ(X)、外方向に延び、L/Dが少なくとも約1/2である、複数の隆起部材とを含む、噴射ノズル。
【請求項10】
請求項9に記載の噴射ノズルにおいて、前記注入口は、第1流体及び第2流体を受け、各排出開口は、流れ軸を規定し、前記第1及び第2流体の混合物を、前記排出開口を通して霧状の噴射で前記各流れ軸の方向に導く、噴射ノズル。
【請求項11】
請求項10に記載の噴射ノズルにおいて、前記排出開口の前記流れ軸のほぼ全てが、容器内のターゲットに向けられ、前記第1及び第2流体の混合物を、前記ターゲットを横切る方向に流れるような噴霧パターンで霧状にして導き、前記対象は、実質的に、前記噴霧パターンの流れ方向に延びる平面内に位置する、噴射ノズル。
【請求項12】
請求項9に記載の噴射ノズルにおいて、前記軸方向に延びる壁は、約5ミリメートルの壁の厚さを有する、噴射ノズル。
【請求項13】
請求項11に記載の噴射ノズルにおいて、前記容器は、接触分解容器と常圧蒸留残油変換容器のうち少なくとも1つであり、前記第1流体は液体であり、前記第2流体は気体である、噴射ノズル。
【請求項14】
請求項13記載の噴射ノズルにおいて、前記第1流体は油であり、前記第2流体は蒸気である、噴射ノズル。
【請求項15】
請求項9に記載の噴射ノズルであって、さらに、前記注入部と前記排出部との間を流体的に連通し、第1及び第2流体を混合する混合チャンバを含む、噴射ノズル。
【請求項16】
請求項15に記載の噴射ノズルであって、さらに、前記混合チャンバと注入口との間に位置し、前記第1及び第2流体の一部を受けて旋回環状流を形成するために、前記注入口の長軸に対して横に延び、前記第1及び第2流体の一部を受けて実質的に軸流を形成するために、ほぼ中心部の開口の少なくとも一部を規定する、少なくとも1つの羽根を含む、噴射ノズル。
【請求項17】
請求項9に記載の噴射ノズルにおいて、各隆起部材は、溶接、機械的な固定、または、それらの組み合わせによって各開口内の所定の位置に保持される、噴射ノズル。
【請求項18】
請求項9に記載の噴射ノズルにおいて、前記隆起部材の少なくとも1つが、前記排出口材料と異なる材料でできている、噴射ノズル。
【請求項19】
少なくとも1流体を任意の噴霧パターンで容器内の流体流れに吐出する噴射ノズルであって、
前記少なくとも1流体を収容する第1手段と、
前記第1手段と流体的に連通し、前記少なくとも1流体を任意の噴霧パターンで放出する第2手段と、
前記第1及び前記第2手段のうち少なくとも1つと流体的に連通し、前記ノズルの近くで前記流体流れの流れパターンを変えて前記ノズルの腐食を抑制し、前記噴霧パターンを維持する第3手段とを含む、噴射ノズル。
【請求項20】
請求項19に記載の噴射ノズルにおいて、
前記第1手段は、前記少なくとも1流体を収容する、少なくとも1つの注入導管を規定する注入口部材であり、前記第2手段は、前記注入口部材と流体的に連通している排出口部材であって、前記排出口部材は、外面と、前記排出口の軸の周囲に互いに相対的に角度間隔を空けて配置された複数の開口とを規定し、
前記第3手段は、複数の隆起部材であって、各隆起部材は、各開口に嵌合し、長さ(L)及び直径(D)を有する排出開口と、軸方向に延びる壁とを規定し、前記軸方向に延びる壁は、前記外面に対して約3.175ミリメートル長い長さ(X)、外方向に延び、L/Dは少なくとも約1/2である、噴射ノズル。
【請求項21】
ノズルによって容器内の流体流れに噴射される少なくとも1流体の噴霧パターンを維持し、前記ノズルの腐食を抑制する方法であって、
少なくとも1流体を任意の噴霧パターンで容器に吐出する噴射ノズルを設けるステップであって、前記噴射ノズルは、少なくとも1流体を収容する、少なくとも1つの注入導管を規定する注入口部材と、前記注入口部材と流体的に連通している排出口部材であって、外面と、前記排出口部材の軸の周囲に互いに相対的に角度間隔を空けて配置された複数の開口とを規定する排出口部材とを含むステップと、
流体流れを前記容器に導入するステップと、
複数の隆起部材を設けるステップであって、各隆起部材は、各開口に嵌合し、長さ(L)及び直径(D)を有する、前記少なくとも1つの注入導管と流体的に連通している排出開口と、軸方向に延びる壁とを規定し、前記軸方向に延びる壁は、前記外面に対して約3.175ミリメートル長い長さ(X)、外方向に延び、L/Dは少なくとも約1/2であるステップと、
前記ノズルが腐食しても、長期間、L/Dを約1/2に維持するステップとを含む、方法。
【請求項22】
請求項21に記載の方法において、前記容器は、接触分解容器と常圧蒸留残油変換容器のうち少なくとも1つである、方法。
【請求項23】
請求項21に記載の方法において、前記流体流れは触媒流であり、少なくとも1流体は、油と蒸気との霧状の混合物である、方法。
【請求項24】
少なくとも1流体を任意の噴霧パターンで容器内の流体流れに吐出する噴射ノズルであって、前記噴射ノズルは、前記ノズルの近くで前記流体流れの流れパターンを変えて前記ノズルの腐食を抑制し、前記噴霧パターンを維持する噴射ノズルであって、
少なくとも1つの注入導管を規定する注入口と、
前記注入口と流体的に連通している排出口であって、前記排出口は、外面と、前記排出口の中心軸の周囲に単一の連続隆起を形成する2つの壁部材とを規定し、前記連続隆起は、長さ(L)及び直径(D)を有する、前記排出口の前記中心軸の周囲に互いに相対的に角度間隔を空けて配置された、前記少なくとも1つの注入導管と流体的に連通している複数の排出開口を規定し、前記壁部材は、前記外面に対して約3.175ミリメートル長い長さ(X)、外方向に延び、L/Dは少なくとも約1/2である、排出口とを含む、噴射ノズル。
【請求項1】
少なくとも1流体を任意の噴霧パターンで容器内の流体流れに吐出する噴射ノズルであって、前記ノズルは、前記ノズルの近くで前記流体流れの流れパターンを変えて前記ノズルの腐食を抑制し、前記噴霧パターンを維持する噴射ノズルであって、
少なくとも1つの注入導管を規定する注入口と、
前記注入口と流体的に連通している排出口であって、前記排出口は、外面と、前記排出口の軸の周囲に互いに相対的に角度間隔を空けて配置された複数の隆起とを規定し、各隆起は長さ(L)及び直径(D)を有する、前記少なくとも1つの注入導管と流体的に連通している排出開口と、軸方向に延びる壁とを規定し、前記軸方向に延びる壁は、前記外面に対して約3.175ミリメートル長い長さ(X)、外方向に延び、L/Dは少なくとも約1/2である、排出口とを含む、噴射ノズル。
【請求項2】
請求項1に記載の噴射ノズルにおいて、前記注入口は、第1流体及び第2流体を収容し、各排出開口は、流れ軸を規定し、前記第1及び第2流体の混合物を、前記排出開口を通して霧状の噴射で前記各流れ軸の方向に導く、噴射ノズル。
【請求項3】
請求項2に記載の噴射ノズルにおいて、前記排出開口の前記流れ軸のほぼ全てが、容器内のターゲットに向けられ、前記第1及び第2流体の混合物を、前記ターゲットを横切る方向に流れるような噴霧パターンで霧状にして導き、前記ターゲットは、実質的に、前記噴霧パターンの流れ方向に延びる平面内に位置する、噴射ノズル。
【請求項4】
請求項1に記載の噴射ノズルにおいて、前記軸方向に延びる壁は、約5ミリメートルの壁の厚さを有する、噴射ノズル。
【請求項5】
請求項3に記載の噴射ノズルにおいて、前記容器は、接触分解容器と常圧蒸留残油変換容器のうち少なくとも1つであり、前記第1流体は液体であり、前記第2流体は気体である、噴射ノズル。
【請求項6】
請求項5に記載の噴射ノズルにおいて、前記第1流体は油であり、前記第2流体は蒸気である、噴射ノズル。
【請求項7】
請求項1に記載の噴射ノズルであって、さらに、前記注入部と前記排出部との間を流体的に連通し、第1及び第2流体を混合する混合チャンバを含む、噴射ノズル。
【請求項8】
請求項7に記載の噴射ノズルであって、さらに、前記混合チャンバと注入口との間に位置し、前記第1及び第2流体の一部を受けて旋回環状流を形成するために、前記注入口の長軸に対して横に延び、前記第1及び第2流体の一部を受けて実質的に軸流を形成するために、ほぼ中心部の開口の少なくとも一部を規定する、少なくとも1つの羽根を含む、噴射ノズル。
【請求項9】
少なくとも1流体を任意の噴霧パターンで容器内の流体流れに吐出する噴射ノズルであって、前記ノズルは、前記ノズルの近くで前記流体流れの流れパターンを変えて前記ノズルの腐食を抑制し、前記噴霧パターンを維持する噴射ノズルであって、
少なくとも1つの注入導管を規定する注入口と、
前記注入口と流体的に連通している排出口であって、外面と、前記排出口の軸の周囲に互いに相対的に角度間隔を空けて配置された複数の開口とを規定する排出口と、
複数の隆起部材であって、各隆起部材は、各開口に嵌合し、長さ(L)及び直径(D)を有する、前記少なくとも1つの注入導管と流体的に連通している排出開口と、軸方向に延びる壁とを規定し、前記軸方向に延びる壁は、前記外面に対して約3.175ミリメートル長い長さ(X)、外方向に延び、L/Dが少なくとも約1/2である、複数の隆起部材とを含む、噴射ノズル。
【請求項10】
請求項9に記載の噴射ノズルにおいて、前記注入口は、第1流体及び第2流体を受け、各排出開口は、流れ軸を規定し、前記第1及び第2流体の混合物を、前記排出開口を通して霧状の噴射で前記各流れ軸の方向に導く、噴射ノズル。
【請求項11】
請求項10に記載の噴射ノズルにおいて、前記排出開口の前記流れ軸のほぼ全てが、容器内のターゲットに向けられ、前記第1及び第2流体の混合物を、前記ターゲットを横切る方向に流れるような噴霧パターンで霧状にして導き、前記対象は、実質的に、前記噴霧パターンの流れ方向に延びる平面内に位置する、噴射ノズル。
【請求項12】
請求項9に記載の噴射ノズルにおいて、前記軸方向に延びる壁は、約5ミリメートルの壁の厚さを有する、噴射ノズル。
【請求項13】
請求項11に記載の噴射ノズルにおいて、前記容器は、接触分解容器と常圧蒸留残油変換容器のうち少なくとも1つであり、前記第1流体は液体であり、前記第2流体は気体である、噴射ノズル。
【請求項14】
請求項13記載の噴射ノズルにおいて、前記第1流体は油であり、前記第2流体は蒸気である、噴射ノズル。
【請求項15】
請求項9に記載の噴射ノズルであって、さらに、前記注入部と前記排出部との間を流体的に連通し、第1及び第2流体を混合する混合チャンバを含む、噴射ノズル。
【請求項16】
請求項15に記載の噴射ノズルであって、さらに、前記混合チャンバと注入口との間に位置し、前記第1及び第2流体の一部を受けて旋回環状流を形成するために、前記注入口の長軸に対して横に延び、前記第1及び第2流体の一部を受けて実質的に軸流を形成するために、ほぼ中心部の開口の少なくとも一部を規定する、少なくとも1つの羽根を含む、噴射ノズル。
【請求項17】
請求項9に記載の噴射ノズルにおいて、各隆起部材は、溶接、機械的な固定、または、それらの組み合わせによって各開口内の所定の位置に保持される、噴射ノズル。
【請求項18】
請求項9に記載の噴射ノズルにおいて、前記隆起部材の少なくとも1つが、前記排出口材料と異なる材料でできている、噴射ノズル。
【請求項19】
少なくとも1流体を任意の噴霧パターンで容器内の流体流れに吐出する噴射ノズルであって、
前記少なくとも1流体を収容する第1手段と、
前記第1手段と流体的に連通し、前記少なくとも1流体を任意の噴霧パターンで放出する第2手段と、
前記第1及び前記第2手段のうち少なくとも1つと流体的に連通し、前記ノズルの近くで前記流体流れの流れパターンを変えて前記ノズルの腐食を抑制し、前記噴霧パターンを維持する第3手段とを含む、噴射ノズル。
【請求項20】
請求項19に記載の噴射ノズルにおいて、
前記第1手段は、前記少なくとも1流体を収容する、少なくとも1つの注入導管を規定する注入口部材であり、前記第2手段は、前記注入口部材と流体的に連通している排出口部材であって、前記排出口部材は、外面と、前記排出口の軸の周囲に互いに相対的に角度間隔を空けて配置された複数の開口とを規定し、
前記第3手段は、複数の隆起部材であって、各隆起部材は、各開口に嵌合し、長さ(L)及び直径(D)を有する排出開口と、軸方向に延びる壁とを規定し、前記軸方向に延びる壁は、前記外面に対して約3.175ミリメートル長い長さ(X)、外方向に延び、L/Dは少なくとも約1/2である、噴射ノズル。
【請求項21】
ノズルによって容器内の流体流れに噴射される少なくとも1流体の噴霧パターンを維持し、前記ノズルの腐食を抑制する方法であって、
少なくとも1流体を任意の噴霧パターンで容器に吐出する噴射ノズルを設けるステップであって、前記噴射ノズルは、少なくとも1流体を収容する、少なくとも1つの注入導管を規定する注入口部材と、前記注入口部材と流体的に連通している排出口部材であって、外面と、前記排出口部材の軸の周囲に互いに相対的に角度間隔を空けて配置された複数の開口とを規定する排出口部材とを含むステップと、
流体流れを前記容器に導入するステップと、
複数の隆起部材を設けるステップであって、各隆起部材は、各開口に嵌合し、長さ(L)及び直径(D)を有する、前記少なくとも1つの注入導管と流体的に連通している排出開口と、軸方向に延びる壁とを規定し、前記軸方向に延びる壁は、前記外面に対して約3.175ミリメートル長い長さ(X)、外方向に延び、L/Dは少なくとも約1/2であるステップと、
前記ノズルが腐食しても、長期間、L/Dを約1/2に維持するステップとを含む、方法。
【請求項22】
請求項21に記載の方法において、前記容器は、接触分解容器と常圧蒸留残油変換容器のうち少なくとも1つである、方法。
【請求項23】
請求項21に記載の方法において、前記流体流れは触媒流であり、少なくとも1流体は、油と蒸気との霧状の混合物である、方法。
【請求項24】
少なくとも1流体を任意の噴霧パターンで容器内の流体流れに吐出する噴射ノズルであって、前記噴射ノズルは、前記ノズルの近くで前記流体流れの流れパターンを変えて前記ノズルの腐食を抑制し、前記噴霧パターンを維持する噴射ノズルであって、
少なくとも1つの注入導管を規定する注入口と、
前記注入口と流体的に連通している排出口であって、前記排出口は、外面と、前記排出口の中心軸の周囲に単一の連続隆起を形成する2つの壁部材とを規定し、前記連続隆起は、長さ(L)及び直径(D)を有する、前記排出口の前記中心軸の周囲に互いに相対的に角度間隔を空けて配置された、前記少なくとも1つの注入導管と流体的に連通している複数の排出開口を規定し、前記壁部材は、前記外面に対して約3.175ミリメートル長い長さ(X)、外方向に延び、L/Dは少なくとも約1/2である、排出口とを含む、噴射ノズル。
【図1A】
【図1B】
【図2A】
【図2B】
【図2C】
【図3A】
【図3B】
【図4A】
【図4B】
【図5A】
【図5B】
【図5C】
【図6A】
【図6B】
【図7】
【図8A】
【図8B】
【図9A】
【図9B】
【図10】
【図1B】
【図2A】
【図2B】
【図2C】
【図3A】
【図3B】
【図4A】
【図4B】
【図5A】
【図5B】
【図5C】
【図6A】
【図6B】
【図7】
【図8A】
【図8B】
【図9A】
【図9B】
【図10】
【公表番号】特表2010−517773(P2010−517773A)
【公表日】平成22年5月27日(2010.5.27)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2009−549696(P2009−549696)
【出願日】平成20年2月13日(2008.2.13)
【国際出願番号】PCT/US2008/053827
【国際公開番号】WO2008/100998
【国際公開日】平成20年8月21日(2008.8.21)
【出願人】(508160059)ビート フォグ ノズル インク (2)
【Fターム(参考)】
【公表日】平成22年5月27日(2010.5.27)
【国際特許分類】
【出願日】平成20年2月13日(2008.2.13)
【国際出願番号】PCT/US2008/053827
【国際公開番号】WO2008/100998
【国際公開日】平成20年8月21日(2008.8.21)
【出願人】(508160059)ビート フォグ ノズル インク (2)
【Fターム(参考)】
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